Luận văn Thiết kế robot vệ sinh mặt hồ sử dụng năng lượng mặt trời (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Thiết kế robot vệ sinh mặt hồ sử dụng năng lượng mặt trời (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN DUY UY THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI S K C 0 0 3 9 5 9 NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC 0 0 3 9 5 1 Tp. Hồ Chí Minh, 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN DUY UY THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DUṆ G NĂNG LƯƠṆ G MĂṬ TRỜ I NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 TP. Hồ Chí Minh, tháng 05/2013
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN DUY UY THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DUṆ G NĂNG LƯƠṆ G MĂṬ TRỜ I NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY – 605204 Hướng dẫn khoa học: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG TP. Hồ Chí Minh, tháng 05/2013
4. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ và tên: Nguyễn Duy Uy Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 06 – 10 – 1985 Nơi sinh: Hải Hƣng Quê quán: Hải Hƣng Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: 30/4, Châu Văn Liêm, Tổ 2, KP4, P. Xuân Thanh, Thị xã Long Khánh, tỉnh Đồng Nai Điện thoại riêng: 0982.37.65.47 E-mail: Duyuykt85@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: 10/2005 – 10/2010 Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí Chế Tạo Máy Tên luận văn tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo máy bóc vỏ hạt cà phê Bảo vệ luận án tốt nghiệp: Năm 2010 Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Trần Ngọc Hào III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 03/2010 – 06/2011 Công ty Lilama 45.4 Jsc Kỹ sƣ giám sát Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật 07/2011 – đến nay Học viên Tp.HCM GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY i
5. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu và kết quả trong luận văn là trung thực.Ngoài các phần tham khảo từ tài liệu, các phần bản thân tự nghiên cứu chƣa từng ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng 04 năm 2013 NGUYỄN DUY UY GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY ii
6. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn và tri ân: Tiến sĩ HUỲNH NGUYỄN HOÀNG đã tận tình giảng dạy, hƣớng dẫn khoa học và giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Quý Thầy Cô ở Phòng đào tạo và tất cả quý Thầy Cô ở Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, Khoa Điện, quý Thầy Cô giảng dạy trong suốt quá trình học tập tại Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM. Gia đình, các anh em, các bạn học viên cùng lớp và những ngƣời thân đã giúp đỡ, đóng góp ý kiến, động viên tôi trong suốt thời gian học tập. Trân trọng! Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng 04 năm 2013 NGUYỄN DUY UY GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY iii
7. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn thiết kế robot vệ sinh mặt hồ sử dụng năng lƣợng mặt trời. Robot đƣợc thiết kế nhằm thực thi công việc vệ sinh mặt hồ bơi, hệ thống chấp hành của robot gồm guồng gạt thu rác, guồng gạt đẩy nƣớc, bánh xe và chân vịt để chuyển hƣớng robot, pin Mặt Trời nhƣng đều có chung hệ thống điều khiển. Robot chủ yếuhoạt động ở các bể bơi gia đình, khách sạn, bể bơi dịch vụ công cộng, Với kích thƣớc bể bơi đƣợc sắp xếp và bố trí theo sơ đồ thiết kế. Robot di chuyển trên mặt nƣớc nhờ hai đế phao, guồng gạt phía trƣớc có tác dụng thu gom rác và kéo robot di chuyển, guồng gạt phía sau có tác dụng chính là đẩy robot di chuyển nhƣng đồng thời cũng giúp robot không bị kẹt rác, 4 góc robot đƣợc bố trí 4 bánh xe nhằm chống va đập thân robot vào thành bể bơi, trong đó 2 bánh trƣớc quay để chuyển hƣớng robot khi đi vào góc của bể bơi.Phía sau robot đƣợc lắp đặt hệ thống bánh láiđể chuyển hƣớng robot.Phía trƣớc robot đƣợc đặt cảm biến quang nhằm phát hiện vật có kích thƣớc lớn.Phía trên thân robot có đặt cảm biến quang trở để robot nhận biết ban ngày - đêm và điều này giúp robot chọn chế độ hoạt động khi làm việc. Tấm pin Mặt Trời đƣợc đặt trên thân robot nhằm cung cấp năng nƣợng cho robot hoạt động.Ngoài ra, chúng ta có thể dùng bộ điều khiển từ xa để điều khiển robot thông qua kết nối không dây bằng sóng RF. Ứng dụng vi điều khiển PIC 18F4431 làm bộ xử lý trung tâm để điều khiển các hoạt động của robot. Lập trình điều khiển robot bằng ngô ngữ C với trình biên dịch PIC C Compiler.Kiểm tra kết quả thực nghiệm robot thực hiện công việc đạt đƣợc các yêu cầu đặt ra. GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY iv
8. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ABSTRACT Dissertation on designing robotic pool cleaner using the solar power. Robotic is designed to carry out the work pool cleaning, system of robotic includes front paddlewheel, rear paddlewheel, bumper wheels, screw propeller, solar panels but share of control system. Robotic primarily operates in homes, hotels, public pools, etc. with dimension pool is sorted and arranged according to the diagram designer. Robotic moves on surface water by float; Front paddlewheel collect leaves, dust, pollen, etc. and propulsion; Rear paddlewheel of robotic is for propulsion and help the unit the reverse to back away from the obstacle; 4 corners of robotic is placed 4 bumper wheels, thing is going to follow the edge of the pool, any time the unit collides with a wall of the pool and they are particularly good at casing the vessle to do a hard right or a hard left turn each time it encounters a wall of the pool, casing the vessle to quickly maneuver out of corners and around obstacles.Behind the robotic is placed a screw propeller to change way of the unit. In front of the robotic is placed an optical sensor to detect the things large. Top site of the unit is placed a resistance optical detector to identify light or dark and the thing help it to choose mode when the unit works. The solar panels are placed on top site of the robotic is feeding source power to the unit. Also, we can use the remote to control the robotic via wireless connection using RF waves. PIC 18F4431 microcontroller applications central processor to control the operation of the robotic.Robotic controller programming in C language with the PIC C compiler. The experimental results robots do the work to achieve the requirements set out. GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY v
9. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt luận văn iv Mục lục vi Danh sách các hình x Danh sách các bảng xiii Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố 1 1.1.1.Giới thiệu chung về lĩnh vực nghiên cứu 1 1.1.2.Phân loại robot 2 1.1.3.Một số dạng điều khiển 5 1.1.4.Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố 5 1.2.Mục tiêu, khách thể và đối tƣợng nghiên cứu của đề tài 11 1.3.Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu 11 1.4.Phƣơng pháp nghiên cứu 12 GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY vi
10. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.Điều kiện ổn định của vật nổi trong chất lỏng 13 2.1.1.Định luật Archimede 13 2.1.2.Điều kiễn ổn định của vật rắn ngập trong chất lỏng 13 2.2 Thiết kế các cơ cấu thu gom rác 14 2.2.1 Các nguyên lý thu gom rác 14 2.2.2 Lực tác động lên vật ngập trong chất lỏng chuyển động 17 2.2.3.Mô hình động học 19 2.3. Pin măṭ trời 20 2.3.1.Cấu taọ và nguyên lý hoạt động của pin mặt trời 20 2.3.2. Các đặc trƣng của pin Mặt Trời 20 2.4. Vi điều khiển 24 2.4.1.Giới thiệu về vi điều khiển PIC 18F4431 24 2.4.2 Chức năng của từng chân 25 2.4.3 Ngắt (interrupts) 27 2.5 Lý thuyết về phần mềm – chƣờng trình điều khiển robot 27 2.5.1 Các khâu chính trong quá trình hoạt động của robot 27 2.5.2 Phƣơng pháp điều khiển 28 Chƣơng 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT 3.1 Thiết kế cơ khí 31 3.1.1 Đế phao di chuyển 32 3.1.2 Áp lực thủy tĩnh lên thành phẳng của phao robot và chuyển động ma sát tấm đế phẳng của thân robot 33 3.1.3 Cơ cấu thu rác của Robot 35 3.1.4 Tính toán công suất của guồng cánh gạt 36 GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY vii
11. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 3.1.5 Tính toán lực tác động lên bánh lái và moment của trục bánh lái 41 3.1.6 Phần điều hƣớng bánh lái của robot sử dụng vitme – đai ốc 44 3.1.7 Bộ phận đổi hƣớng và chống va chạm của robot sử dụng bánh xe cao su 49 3.2 Thiết kế bộ điều khiển và lập trình cho robot 50 3.2.1 phần cứng 50 3.2.2 Lập trình điều khiển robot 61 3.3 Tính toán diện tích pin mặt trời và khả năng tích trữ của acquy 64 3.3.1 Diện tích pin Măṭ Trời 64 3.3.2 Khả năng tích trữ của Acquy 65 3.3.3 Sơ đồ hệ thống pin Mặt Trời 65 Chƣơng 4: KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 4.1 Kết cấu cơ khí 66 4.1.1 Đế phao di chuyển 66 4.1.2 Guồng cánh gạt thu rác 66 4.1.3 Guồng cánh gạt đẩy nƣớc 67 4.1.4 Bánh lái 68 4.1.5 Bánh xe chuyển hƣớng 68 4.1.6 Khay chứa rác 69 4.2 Mạch điều khiển sử dụng trong robot 70 4.2.1 Mạch điều khiển robot 70 4.2.2 Khối cách ly và động lực 70 4.2.3 Cảm biến IR 70 4.2.4 Cảm biến quang trở 71 4.2.5 Bộ điều khiển RF 72 GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY viii
12. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 4.3 Các bƣớc tiến hành thực nghiệm 73 Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận 76 5.2 Hƣớng phát triển cho tƣơng lai 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC 79 GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY ix
13. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 – Robot hình ngƣời và hình dáng động vật 2 Hình 1.2 – Robot trên không 3 Hình 1.3 – Robot dƣới nƣớc 3 Hình 1.4 – Robot di chuyển bằng dạng bánh xích hoặc bánh đa hƣớng 4 Hình 1.5 - Robot làm sạch hồ bơi 5 Hình 1.6 - Mô hình máy dọn rác trên mặt nƣớc 6 Hình 1.7 - iRobot Verro 500 PowerScrub 7 Hình 1.8 - Swimming pool cleaning robots – Surrey 7 Hình 1.9 - Solar Breeze Robot 8 Hình 1.10 - Bể bơi dịch vụ-gia đình 9 Hình 2.1 – Các trạng thái của vật trong chất lỏng 13 Hình 2.2 – Vị trí tâm đẩy Archimede và tâm khối của vật 14 Hình 2.3 - Cơ cấu gom rác theo nguyên lý nhặt rác 15 Hình 2.4 - Cơ cấu gom rác theo nguyên lý cào rác 16 Hình 2.5 - Cơ cấu gom rác theo nguyên lý sàng cát để tách rác và đƣa vào thùng chứa 17 Hình 2.6 – sơ đồ lực tác dụng lên vật ngập trong chất lỏng 17 Hình 2.7 – Mô hình động học 19 Hình 2.8 – Nguyên lý hoaṭ đôṇ g của pin Măṭ Trời 20 Hình 2.9 - Sơ đồ tƣơng đƣơng của pin Măṭ Trời (a) và đƣờng đặc trƣng sáng của pin Mặt Trời (b) 21 Hình 2.10 - Sơ đồ khối hê ̣nguồn pin Măṭ Trời đơn giản 23 GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY x
14. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Hình 2.11 - Sơ đồ chức năng chân của PIC 18F4431 25 Hình 2.12 - Sơ đồ cấu trúc hoạt động của robot 28 Hình 2.13 - Điều khiển chu kỳ xung PWM 29 Hình 3.1 – Không gian làm việc của Robot 31 Hình 3.2 - Sơ đồ lực tác dụng lên đế phao robot 32 Hình 3.3 - Sơ đồ lực tác động lên thân trƣớc robot 33 Hình 3.4 – chuyển động masát tấm đế và thành bên robot 34 Hình 3.5- Cơ cấu thu rác của Robot 35 Hình 3.6 – Đế phao của robot 35 Hình 3.7 – Sơ đồ lực tác dụng lên bánh lái 41 Hình 3.8 - Đồ thị xác định các hệ số lực và moment thủy động trên bánh lái 42 Hình 3.9 – Cơ cấu điều hƣớng bánh lái của robot 44 Hình 3.10 – Bánh xe chuyển hƣớng và chống va chạm của robot 48 Hình 3.11 – Khay chứa rác 49 Hình 3.12 – Mô hình thiết kế robot đã đƣợc lắp ráp 49 Hình 3.13 - Sơ đồ khối hoạt động của robot 50 Hình 3.14 – Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển chính PIC18F4431 51 Hình 3.15 – Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển PIC16F887 52 (vi điều khiển phát tín hiệu) Hình 3.16 – Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển PIC16F887 53 ( vi điều khiển nhận tín hiệu) Hình 3.17 – Sơ đồ nguyên lý mạch kiểm tra dòng áp 54 Hình 3.18 – Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị đèn báo trên bảng điều khiển 54 Hình 3.19 – Sơ đồ nguyên lý mạch đèn báo trạng thái 54 Hình 3.20 - Sơ đồ nguyên lý mạch động lực của robot 55 GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY xi
15. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Hình 3.21 – Sơ đồ nguyên lý mạch thu phát cảm biến IR loại 1 56 Hình 3.22 – Sơ đồ nguyên lý mạch thu phát cảm biến IR loại 2 56 Hình 3.23 – Sơ đồ nguyên lý mạch phát hiện vật cản 57 Hình 3.24 – Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến quang trở 57 Hình 3.25 – Sơ đồ nguyên lý mạch thu phát nRF24L01+ 58 Hình 3.26 – Sơ đồ khối của nRF24L01+ 59 Hình 3.27 – Sơ đồ chân nRF24L01+ 60 Hình 3.28 – Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình chính 61 Hình 3.29 – Sơ đồ khối hệ thống pin Mặt Trời 65 Hình 4.1 – Guồng cánh gạt thu rác 67 Hình 4.2 – guồng cánh gạt đẩy nƣớc 67 Hình 4.3 – Cơ cấu bánh lái 68 Hình 4.4 – Bánh xe chuyển hƣớng 69 Hình 4.5 - Khay chứa rác 69 Hình 4.6 – Mạch điều khiển của robot 70 Hình 4.7 – Cảm biến IR (hồng ngoại) 71 Hình 4.8 – Cảm biến quang trở 71 Hình 4.9 – Bộ thu – phát RF 72 Hình 4.10 – Pin Mặt Trời 72 Hình 4.11 – Các bƣớc thực hiện thu gom rác của robot 74 GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY xii
16. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 3.1 - Bảng tính lực tác động lên bánh lái và moment của trục bánh lái 43 GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY xiii
17. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố: 1.1.1.Giới thiệu chung về lĩnh vực nghiên cứu Robot đã có những bước tiến đáng kể hơn nửa thế kỷ qua. Robot đầu tiên được ứng dụng trong ngành công nghiệp vào những năm 60 để thay thế con người làm các công việc nặng nhọc, nguy hiểm trong môi trường độc hại. Do nhu cầu cần hòa nhập ngày càng nhiều với quá trình sản xuất phức tạp nên robot cần có những khả năng thích ứng linh hoạt và thông minh hơn. Ngày nay, ngoài những ứng dụng trong chế tạo máy thì các ứng dụng trong y tế, chăm sóc sức khỏe, nông nghiệp, đóng tàu, xây dựng, an ninh quốc phòng và gia đình có nhu cầu gia tăng là động lực cho các robot địa hình và robot dịch vụ phát triển. Hình dạng robot đầu tiên xuất hiện ở Mỹ, là loại robot tay máy chép hình dùng trong phòng thí nghiệm vật liệu phóng xạ. Vào những năm 50 thế kỷ trước, bên cạnh các tay máy chép hình cơ khí, các tay máy thương mại đều có chung nhược điểm là thiếu sự di động. Các tay máy cố định chỉ hoạt động trong một không gian bị giới hạn quanh vị trí của nó. Ngược lại, mobile robot là loại robot di động có thể di chuyển từ không gian này tới không gian khác một cách độc lập hay có điều khiển từ xa, do đó tạo nên không gian hoạt động linh hoạt và lớn hơn. Mặc dù về cấu trúc của các loại robot có khác nhau nhưng các nghiên cứu hiện nay đều hướng về các ứng dụng dịch vụ và hoạt động của robot trong các môi trường tự nhiên. Với sự phát triển của xã hội và quá trình hiện đại hóa ở các nước phát triển thì nhiều dịch vụ mới được hình thành làm thay đổi quan điểm về robot từ robot phục vụ công nghiệp sang robot phục vụ cho các nhu cầu xã hội và nhu cầu cá nhân của con người. GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY 1
18. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI 1.1.2.Phân loại robot Trong công nghiệp người ta sử dụng những đặc điểm khác nhau cơ bản nhất của robot để giúp cho việc phân loại chúng được dễ dàng. Có 4 yếu tố chính để phân loại robot như sau: Theo hình dạng hình học của không gian hoạt động, theo thế hệ robot, theo bộ điều khiển, theo nguồn dẫn động. Tuy nhiên trong giới hạn của đề tài này chỉ đề cập đến lĩnh vực nghiên cứu là robot di động dùng trong phục vụ. Robot di động là một hệ robot có khả năng thực hiện các nhiệm vụ ở nhiều vị trí khác nhau với khả năng dịch chuyển bằng bánh xe, xích hay bằng chân phụ thuộc vào địa hình. Đối với robot di chuyển trên nước, dưới nước hay trên không ta cần có động cơ cánh quạt, guồng cánh gạt, chân vịt hay động cơ phản lực để tạo chuyển động cho robot. Khả năng di động làm robot có nhiều ứng dụng và đòi hỏi phải giải quyết nhiều vấn đề mới. Một trong những vấn đề chung cần nghiên cứu ở các loại robot di động là khả năng xác định phương hướng của robot. Robot di động có thể phân loại bằng các cách:  Phân loại theo môi trường mà chúng di chuyển: Robot ngoài trời và robot trong nhà. Thông thường, chúng được lắp bánh xe, nhưng cũng có loại robot có chân (gồm 2 hoặc nhiều chân) như robot hình người, robot hình dạng động vật hoặc côn trùng. Hình 1.1 – Robot hình người và hình dáng động vật GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY 2
19. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI Robot trên không thường dùng cho các phương tiện trên không, phương tiện không người lái. Hình 1.2 – Robot trên không Robot dưới nước dùng cho các phương tiện hoạt động dưới nước, chúng hoạt động độc lập. Hình 1.3 – Robot dưới nước  Phân loại theo phương pháp di chuyển: Robot có chân, chân giống người hay chân giống động vật. - Ưu điểm lớn nhất của loại robot này là có thể thích nghi và di chuyển trên các địa hình gồ ghề. Hơn nữa chúng còn có thể đí qua những vật cản như hố, vết nứt sâu một cách dễ dàng. - Nhược điểm chính của loại robot này chính là chế tạo quá phức tạp. Chân robot là kết cấu nhiều bậc tự do, đây là nguyên nhân làm tăng trọng lượng của robot, đồng thời giảm tốc độ di chuyển. Các kỹ năng như cầm, nắm hay nâng tải cũng là nguyên nhân làm giảm tốc độ cứng vững của robot. Robot loại này càng linh hoạt thì chi phí chế tạo càng cao. GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY 3
20. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI Robot di chuyển bằng bánh xe. Hình 1.4 – Robot di chuyển bằng dạng bánh xích hoặc bánh đa hướng Bánh xe là cơ cấu chuyển động được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ robot tự hành. Các loại bánh xe có bản: + Bánh xe tiêu chuẩn: 2 bậc tự do, có thể quay quanh trục bánh xe và điểm tiếp xúc. + Bánh lái: 2 bậc tự do, có thể quay xung quanh khớp lái. + Bánh Sweddish: 3 bậc tự do, có thể quay đồng thời xung quanh trục bánh xe, trục lăn và điểm tiếp xúc. Robot di chuyển bằng bánh xe kiểu guồng gạt nước và hệ thống chân vịt. Loại bánh xe này dùng cho robot di chuyển trên mặt nước và được điều hướng bằng hệ thống chân vịt, khi di chuyển trên nước thì việc điều khiển rất khó chính xác do lực quán tính. Robot di chuyển bằng bánh xích. Loại robot này chuyển động bằng các bánh có lắp xích như xe tăng, rất phù hợp khi di chuyển các địa hình phức tạp. Để đổi hướng nó có thể thay đổi tốc độ quay của 2 bánh xích chủ động. Tuy nhiên, do chuyển động bằng xích khi đổi hướng sẽ xảy ra hiện tượng trượt, do đó khó điều khiển chính xác. Một số vấn đề nữa là loại robot này rất dễ làm hỏng bề mặt của nền, đặc biệt là khi chuyển hướng. GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY 4
21. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI 1.1.3.Một số dạng điều khiển Robot điều khiển từ xa bằng tay với các bộ phận có cần điều khiển hoặc những thiết bị điều khiển khác. Thiết bị điều khiển có thể được gắn trực tiếp vào trong robot. Robot điều khiểu từ xa tự bảo vệ có khả năng phát hiện và tránh những chướng ngại vật nhưng điều khiển cũng giống như robot điều khiển từ xa bằng tay. Có rất ít robot chỉ dùng đơn lẻ bộ điều khiển từ xa tự bảo vệ. Một vài robot tự động đầu tiên là những robot theo lộ trình. Chúng có thể theo những đường sơn khắc trên sàn, trần nhà, Đa số robot này hoạt động theo một thuật toán đơn giản là giữ lộ trình trong bộ xử lý trung tâm, chúng không thể đi vòng qua các trướng ngại vật, chúng chỉ dừng lại khi có vật nào đó cản đường chúng. Rất nhiều mẫu của loại robot này vẫn được bày bán bởi FMC, EGEMIN, HK system, Robot hoạt động độc lập với những chuyển động ngẫu nhiên, về cơ bản đó là những chuyển động như nhảy bật lên tường, những bức tường này được cảm nhận do sự cản trở về mặt vật lý như máy hút bụi Roomba, hoặc với bộ cảm biến điện tử như máy cắt cỏ Friendly Robotic. 1.1.4.Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố Trong đề tài chỉ tập trung nghiên cứu robot vệ sinh bể bơi nên trong phần này chỉ giới thiệu các nghiên cứu có liên quan đến robot vệ sinh bể bơi.  Một số nghiên cứu ở trong nƣớc: -Robot vệ sinh đáy hồ: Hình 1.5 - Robot làm sạch hồ bơi GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY 5