Đồ án Mobile robot phục vụ bàn

............ 29 3.3.1 Giới thiệu .............................................................................................. 29 3.3.2 Thông số kỹ thuật .................................................................................. 30 3.4 Mạch tăng áp ............................................................................................... 31 3.4.1 Giới thiệu .............................................................................................. 31 3.4.2 Thông số kỹ thuật .................................................................................. 32 3.5 Wifi ESP8266 NodeMCU ........................................................................... 32 3.5.1 Giới thiệu .............................................................................................. 32 3.5.2 Thông số kỹ thuật .................................................................................. 33 CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ........................................................... 34 4.1 Sơ đồ mạch điện và shield .......................................................................... 34 4.1.1 Sơ đồ mạch điện .................................................................................... 34 4.1.2 Thiết kế và thi công shield .................................................................... 35 4.1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển ............................................................ 36 4.2 Nguyên tắc hoạt động của Robot ................................................................ 38 4.3 Chương trình điều khiển ............................................................................. 39 4.4 Các yêu cầu cho robot ................................................................................. 50 4.4.1 Mức độ hoàn thành ............................................................................... 50 4.4.2 Đánh giá ................................................................................................ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 52 MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN iii MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Thiết kế mobile robot phục vụ. - GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI NHÂN - SVTH: LƯU MINH TIẾN NGÔ HOÀNG GIANG SƠN - Lớp: 13DCT02 - Địa chỉ sinh viên: VIỆN KỸ THUẬT HUTECH - Số điện thoại liên lạc: 0934777284 - Ngày nộp đồ án: 28/12/2017 - Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan đề tài 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 kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày..tháng..năm 2017 Ký tên MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN LỜI CÁM ƠN Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn quý Thầy/Cô của trường Đại học Công Nghệ TP Hồ Chí Minh, cũng như quý thầy cô trong khoa Cơ - Điện – Điện Tử đã giảng dạy, truyền đạt những kiến thức hữu ích cũng như kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt 4 năm qua. Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy Nguyễn Hoài Nhân, người đã tận tình hướng dẫn nhóm hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Cảm ơn tất cả các Thầy cùng với các bạn, các anh/chị đã tận tình giúp đỡ cũng như hỗ trợ và quan tâm tới em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Kính chúc quý Thầy/Cô và các bạn dồi dào sức khỏe, đạt nhiều thành công trong công việc và cuộc sống. Em xin chân thành cảm ơn! SVTH LƯU MINH TIẾN NGÔ HOÀNG GIANG SƠN MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 1 MỤC LỤC MỤC LỤC .............................................................................................................. 1 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................... 3 DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................... 4 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH ....................... 5 LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 6 CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ CƠ KHÍ ....................................................................... 14 1.1 Cấu tạo phần cơ khí .................................................................................... 14 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ ........................................ 19 2.1 Giả thiết đặt ra ............................................................................................. 19 2.2 Sơ đồ nguyên lý truyền động ...................................................................... 21 2.3 Tính toán công suất và chọn lựa nguồn năng lượng ................................... 22 CHƯƠNG 3: CÁC LINH KIỆN .......................................................................... 23 3.1 Giới thiệu về ARDUINO ............................................................................ 23 3.1.1 Sơ Lược về ARDUINO MEGA .............................................................. 23 3.1.2 Thông số kỹ thuật .................................................................................. 24 3.1.3 Vi điều khiển trung tâm ATmega 2560 ................................................ 25 3.2 Mạch cầu H216 ........................................................................................... 27 3.2.1 Giới thiệu .............................................................................................. 27 3.2.2 Nguyên lý hoạt động của khối cầu H .................................................... 28 3.2.3 Thông số kỹ thuật .................................................................................. 28 MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 2 3.2.4 Ứng dụng............................................................................................... 29 3.3 Cảm biến dò line 5 led ................................................................................ 29 3.3.1 Giới thiệu .............................................................................................. 29 3.3.2 Thông số kỹ thuật .................................................................................. 30 3.4 Mạch tăng áp ............................................................................................... 31 3.4.1 Giới thiệu .............................................................................................. 31 3.4.2 Thông số kỹ thuật .................................................................................. 32 3.5 Wifi ESP8266 NodeMCU ........................................................................... 32 3.5.1 Giới thiệu .............................................................................................. 32 3.5.2 Thông số kỹ thuật .................................................................................. 33 CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ........................................................... 34 4.1 Sơ đồ mạch điện và shield .......................................................................... 34 4.1.1 Sơ đồ mạch điện .................................................................................... 34 4.1.2 Thiết kế và thi công shield .................................................................... 35 4.1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển ............................................................ 36 4.2 Nguyên tắc hoạt động của Robot ................................................................ 38 4.3 Chương trình điều khiển ............................................................................. 39 4.4 Các yêu cầu cho robot ................................................................................. 50 4.4.1 Mức độ hoàn thành ............................................................................... 50 4.4.2 Đánh giá ................................................................................................ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 52 MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 3 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - ĐATN : Đồ án tốt nghiệp - SVTH : Sinh viên thực hiện - GVHD : Giáo viên hướng dẫn MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 4 DANH MỤC CÁC BẢNG Chương 1: Chương 2: - Bảng 2.1 - Bảng 2.2 - Bảng 2.3 Chương 3: - Bảng 3.1 - Bảng 3.2 Chương 4: MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 5 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH Chương 1: - Hình 1.1 - Hình 1.2 - Hình 1.3 - Hình 1.4 - Hình 1.5 Chương 2: - Hình 2.1 - Hình 2.2 Chương 3: - Hình 3.1 - Hình 3.2 - Hình 3.3 - Hình 3.4 - Hình 3.5 - Hình 3.6 - Hình 3.7 - Hình 3.8 - Hình 3.9 Chương 4: - Hình 4.1 - Hình 4.2 - Hình 4.3 - Hình 4.4 - Hình 4.5 - Hình 4.6 - Hình 4.7 MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 6 LỜI MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Bên cạnh lĩnh vực Robot công nghiệp đã phát triển lâu đời, Robot di động trong suốt 30 năm qua đã thu hút càng nhiều nghiên cứu. Chưa bao giờ Robot di động được nhắc đến nhiều như hiện nay, và đang trở thành một ngành công nghiệp lớn. Dựa theo thống kê mới nhất của Liên đoàn quốc tế về Robot (International federation of Robotics), khoảng 77 ngàn Robot dịch vụ (Service Robot) đã được tiêu thụ trong năm vừa qua với giá trị thị trường vào khoảng 13 tỉ USD. Tổ chức này cũng dự báo, thị trường Robot dịch vụ thế giới sẽ đạt mức 17 tỉ USD tiêu thụ hằng năm vào cuối năm 2014. Robot công nghiệp dành cho thực hiện các công việc trong môi trường công xưởng và đã được phát triển khá mạnh trong thế kỷ XX. Nhưng trong thế kỷ này những nghiên cứu về lĩnh vực robot đang chuyển hướng vào việc nghiên cứu robot dịch vụ khi cuộc sống con người ngày càng bận rộn hơn, con người càng quan tâm đến sức khỏe, chất lượng cuộc sống và không muốn làm các công việc như khó khăn, nguy hiểm, lặp đi lặp lại những công việc đơn giản, dơ bẩn. Vì lý do này cần phải nghiên cứu robot dịch vụ thay thế con người. Phạm vi nghiên cứu về Robot dịch vụ rất đa dạng về chủng loại, chức năng của robot ngày càng tinh vi hơn. Robot tiếp tân thay thế con người trong các công việc hướng dẫn khách trong không gian văn phòng, robot bảo vệ thay thế bảo vệ trong việc phát hiện kẻ lạ đột nhập, hướng dẫn di chuyển trong một số điều kiện nguy hiểm, biết chơi nhạc trong dàn nhạc nhà hát, hỗ trợ chức năng thể chất cho người ốm hoặc người già, giáo dục trẻ em về những kiến thức trong MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 7 cuộc sống, robot làm các công việc lau chùi bề mặt (cửa sổ các toà nhà cao tầng), chơi bóng chày, làm các thủ thuật phụ mổ (y tế) và robot có thể làm thay con người các công việc liên quan đến bảo vệ an ninh, quốc phòng. Đây rõ ràng là một hướng khoa học và một ngành công nghiệp nhiều tiềm năng và cũng đầy thách thức. Nghiên cứu và phát triển robot di động đòi hỏi một lượng kiến thức tổng hợp và chuyên sâu; từ các ngành khoa học tự nhiên, kỹ thuật công nghệ đến cả các ngành sinh học, xã hội học và thẩm mỹ. Rất nhiều công trình phỏng sinh học tập trung nghiên cứu để học tập từ cuộc sống tự nhiên; cách cảm nhận và ứng xử với thế giới quanh ta và cả trong vũ trụ. Trên bình diện thế giới, các cường quốc Robot công nghiệp như Mỹ, Nhật, Đức vẫn tiên phong trong nghiên cứu và phát triển công nghệ di động. Tuy nhiên, những thành tựu gần đây của Israel, Canada, Hàn Quốc, Trung Quốc đã chứng tỏ rằng đấy không còn là độc tôn của các nước công nghiệp phát triển truyền thống, mà còn là cơ hội cho tất cả các nước, kể cả Việt Nam. Trên phương diện trong nước, đến giữa những năm 80 mới bắt đầu nghiên cứu và chế tạo một số Robot công nghiệp. Điển hình như các trường đại học bách khoa Hà Nội, Tp Hồ Chí Minh, trung tâm khoa học kỹ thuật quân sự thuộc Bộ quốc phòng đã chế tạo Robot dịch vụ hỗ trợ cho các hoạt động của con người Trong thế kỷ XXI, cuộc sống con người trở nên bận rộn để làm những công việc hỗ trợ cuộc sống con người ngày càng tiện nghi và dễ dàng hơn. Robot dịch vụ có thể cung cấp sự tiện nghi cho người sử dụng bằng việc thực hiện các công việc nhàm chán, lặp đi lặp lại, nguy hiểm... MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 8 Tuy nhiên, việc đầu tư và kết quả nghiên cứu về Robot di động đặc biệt các robot phục vụ chuyên nghiệp các nhiệm vụ như: tiếp tân, quét dọn, phục vụ nhà cửa, nội trợ còn khá khiêm tốn. Đấy là do chúng ta mới bắt đầu nghiên cứu robot dich vụ với sản phẩm chủ lực là Robot tiếp tân cũng như lực lượng nghiên cứu về lĩnh vực này hiện tại còn rất mỏng. Vì vậy, bên cạnh những nghiên cứu ban đầu này, vẫn chưa có một nghiên cứu mang tính hệ thống hay là một sản phẩm Robot di động hoàn thiện đáp ứng được yêu cầu trong khi nhu cầu thực tế đặt ra đối với Robot dịch vụ và an ninh là cấp bách. 2. Tình hình nghiên cứu a. Các nghiên cứu ngoài nước Tại Nhật bản - PEPPER. Gần đây nhất tại Nhật bản, Aldebaran Robotics và SoftBank Mobile thiết kế và chế tạo thành công robot Pepper với khả năng đọc được cảm xúc. Nó được giới thiệu tại một hội nghị về ngày 05 tháng 6 năm 2014, và đã được trưng bày cho công chúng tại hệ thống các cửa hàng điện thoại di động Softbank tại Nhật Bản từ ngày 06 tháng 6. Pepper là một robot dịch vụ có thể trò chuyện với con người , nhận ra và phản ứng với cảm xúc của họ , di chuyển và sống độc lập. MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 9 Robot Pepper Pepper là robot hình người đầu tiên được thiết kế để sống với con người, nó có thể trò chuyện với con người, cảm nhận và phản ứng với cảm xúc của người. Pepper có thể kiểm tra nhiệt độ bên trong của mình và quản lý năng lượng pin của mình. Pepper được lập trình để có thể nhận ra bạn đang ở trong trạng thái gì bằng cách sử dụng kiến thức của nó về những cảm xúc (niềm vui, bất ngờ, tức giận, nghi ngờ và nỗi buồn) và khả năng phân tích biểu hiện trên khuôn mặt, ngôn ngữ cơ thể của bạn và những từ bạn sử dụng. Thông qua nhiều bộ cảm biến của mình, Pepper là có thể phát hiện những cảm xúc của bạn và chọn cách lý tưởng để giao tiếp với bạn cho phù hợp. Pepper còn có thể kết nối vào Internet để tìm kiếm thông tin để mở rộng kiến thức của mình. Nó có đầy đủ các công nghệ tiên tiến bao gồm máy ảnh 3D để cảm nhận môi trường xung quanh mình và hệ thống siêu âm của mình được sử dụng để MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 10 tránh chướng ngại vật và di chuyển một cách an toàn trong một không gian nhất định. * Đánh giá: o Ưu điểm:  Pepper có thể phán đoán tình huống thông qua các cảm biến và thuật toán.  Ước tính cảm xúc dựa trên nét mặt và giọng nói.  Pin hoạt động liên tục 12 giờ.  Có thể có được thông tin thông qua cơ sở dữ liệu điện toán đám mây.  Tránh va chạm và có autobalance. o Khuyết điểm:  Phạm vi sử dụng bị hạn chế.  Di chuyển bằng bánh xe nên khó khăn ở vài kiểu địa hình.  Chỉ nhận biết được lượng pin còn lại chứ không hỗ trợ chế độ sạc tự động.  Tập trung quá nhiều về mặt cảm xúc, không hỗ trợ nhiều và vai trò tiếp tân. MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 11 b. Nghiên cứu trong nước Robot Topio Dio Cao 1,25m, nặng 45kg, robot Topio Dio do Việt Nam sản xuất mở ra cuộc cách mạng giá cả, với giá chỉ bằng 25% những robot có tính năng tương đương trên thị trường thế giới. Topio Dio là robot dịch vụ đầu tiên do Công ty Cổ phẩn robot Tosy Việt Nam nghiên cứu và chế tạo thành công. Topio Dio có 3 bánh xe di chuyển, 28 bậc tự do tương đương với các khớp, có thể được vận hành từ bất cứ nơi nào và dịch chuyển tới bất cứ đâu nhờ một thiết bị điều khiển không dây hoạt động qua mạng Internet, camera tích hợp và máy dò chướng ngại vật. Với hình dáng con người, Topio Dio rất có khả năng trong việc giao tiếp, chào đón khách hàng thông qua những hành động thân thiện như tặng một em bé chiếc đĩa bay đồ chơi. Topio Dio được sử dụng như người phục vụ bàn kiêm bartender thân thiện cho ngành nhà hàng, khách sạn. MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 12 3. Mục đích nghiên cứu Đề tài nghiên cứu nhằm mục đích hướng đến mô hình tự động hóa trong một lĩnh vực cụ thể để giảm thiểu công nhân. Đề tài phù hợp với vốn kiến thức hiện có. Phù hợp với khả năng kinh tế hạn chế. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu các công nghệ đã có trong việc tính toán, thiết kế và chế tạo:  Tính toán, thiết kế và chế tạo khung Robot.  Lập trình điều khiển Robot. 5. Phương pháp nghiên cứu Tham khảo các kết quả nghiên cứu đã có trước đó để kế thừa. Khảo sát chế độ điều khiển và cơ cấu của các xe điều khiển từ xa là kỹ thuật đã được dùng rộng rãi, và trong các trò chơi giải trí. Tìm hiểu khả năng, điều kiện công nghệ chế tạo, đề ra phương án thiết kế phù hợp. 6. Các kết quả đạt được của đề tài Tính toán, thiết kế và chế tạo được khung Robot Lập trình điều khiển động cơ DC Servo, sensor và tự hành ở mức cơ bản. MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 13 7. Kết cấu của DATN ĐATN gồm có 4 chương:  Chương 1: THIẾT KẾ CƠ KHÍ  Chương 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ  Chương 3: CÁC LINH KIỆN  Chương 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 14 CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 1.1 Cấu tạo phần cơ khí Robot sẽ có chiều dài đế là 400mm , rộng 350mm và cao khoảng 500mm, được làm từ vật liệu mica. So sánh với các mô hình hiện có cùng chất liệu và sử dụng mô phỏng trong Solid Works, ta ước tính đước khối lượng của robot sẽ nhỏ hơn 30kg. Hình 1.1: Các lực tác dụng Ff : Lực ma sát Fw: Lực động cơ v: vận tốc của robot a: gia tốc của robot MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 15  Khung robot Hình 1.2: Cấu trúc cơ khí  Chú thích: 1. Phần đế và khung sườn. 2. Phần dẫn động chuyển động chính của hệ thống, bao gồm động cơ, bánh xe chính và bộ truyền động. 3. Phần tầng chức năng của hệ thống. MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 16 1.2 Thiết kế khung sườn Hình 1.3: Đế tầng 1 Phần khung sườn và đế robot được chế tạo bằng mica nhằm tiết kiếm chi phí và giảm thiểu trọng lượng cho robot mà vẫn đảm bảo độ cứng vững cho toàn bộ kết cấu. Động cơ sẽ được đặt trên tầng cuối cùng robot nhằm hạ thấp trọng tâm cho robot, tạo điều kiện thuận lợi cho việc lập trình và di chuyển robot. Trục động cơ và phần trục bánh xe được nối với nhau bằng một cặp buli rang dẫn động bằng đai răng. MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 17 Hình 1.4: Buly Tầng hai (tầng gá đặt bộ nguồn), chứa toàn bộ nguồn và hệ thống điều khiển cho hệ thống. Hình 1.5: Tầng 2 và tầng 3 MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 18  Chú thích 1. Đế 5. Bộ truyền buly 2. Gối đỡ 6. Đế tầng 2 3. Động cơ DC 24V 7. Đế tầng 3 4. Bánh xe MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 19 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ 2.1 Giả thiết đặt ra Khối lượng ước tính m = 30 kg, vận tốc v = 0.25 m / s, bán kính bánh xe chính r = 50 mm, hệ số ma sát của bánh xe 𝜇 = 0.3, g = 9.8 m/s2. - Theo định luật II Newton: ∑𝐹 = Fw - Ff = m.a Fw = m.a + Ff Fw = m.a + 𝜇.m.g Fw = 95.7 N - Momen của động cơ: T = Fw.r T = 4.785 Nm. - Số vòng quay của trục động cơ (vòng/phút) N = 𝑉.1000 𝜋.𝐷 N = 15.1000 𝜋.100 = 48 (vòng/phút) ω = 𝑁.2𝜋 60 = 5.03 rad/s - Công suất cần thiết: P = T.ω P = 24 W - Hiệu số của hộp số: n1 = 0.97 - Hiệu suất của bộ truyền đai: n2 = 0.96 - Hiệu suất của động cơ: n3 = 0.85 MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 20 - Hiệu suất của hệ thống: n = n1.n2.n3 = 0.8 Pt = P n = 30 W Với T = 4.785 Nm, Pt = 30 W, N = 48 v / p. Ta chọn: Động cơ planet 30W có encoder 13 xung.  Thông tin sản phẩm động cơ: Động cơ 24VDC, 30W, 469 vòng/phút, bộ giảm tốc planet hệ số 19.2k, encoder 13 xung. Hình 2.1: Động cơ planet MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 21 Bảng 2.1: Thông số động cơ 2.2 Sơ đồ nguyên lý truyền động Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý Bảng 2.2: Chú thích Chú thích 1. Động cơ 2 Dây đai 3 Buli 4 Bánh xe 5 Gối đỡ MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 22 2.3 Tính toán công suất và chọn lựa nguồn năng lượng Thiết bị Công suất (W) Số lượng Tổng công suất (W) Động cơ 30 2 60 Các mạch điện 10 1 10 70 Bảng 2.3: Bảng công suất Dựa trên công thức sau: AH = (T * W)/(V * pf)  Tổng Công suất tiêu thụ trong hệ thống (W)  Hiệu điện thế của mạch nạp bình ắc quy (V)  Dung lượng của bình ắc quy (AH)  Thời gian cần có điện của hệ thống (T)  Hệ số năng suất của bộ kích điện (pf): thường là 0,7 hoặc 0,8 Tổng công suất tính toán: 10(W) → Công suất thực tiễn = 70*1.5 = 105 (W). Chọn loại kích điện 250VA, 24V Thời gian hoạt động 2(h) → AH = (2*105)/(24*0.7)= 12.5 Ah Vậy cần 2 acqui 7Ah/12V(Ắc quy xe máy Đồng Nai PTX7L). MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 23 CHƯƠNG 3: CÁC LINH KIỆN 3.1 Giới thiệu về ARDUINO 3.1.1 Sơ Lược về ARDUINO MEGA Arduino Mega 2560 R3 sử dụng vi điều khiển Atmega 2560 cho số ngoại vi, các chuẩn giao tiếp và số chân nhiều nhất, bộ nhớ rất lớn (256kb) có thể mở rộng thêm số chân. Board có cấu trúc tương thích với các board mạch như Uno.Và sử dụng điện áp 5VDC. Hình 3.1: Board mạch Arduino MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 24 Động cơ dùng Encorder Incremental với 2 kênh xung A và B với thông số là 13 xung/vòng cho mỗi kênh. Tốc độ tối đa của động cơ khoảng 9000 vòng/phút ở điện áp nguồn 24VDC. Suy ra tần số tối đa của Encoder là: 𝑓max⁡_𝑒𝑛𝑐𝑜𝑑𝑒𝑟 =⁡ 9000 60 ∗ 13 ∗ 4 = 0.078𝑀ℎ𝑧 Ở đây dùng Arduino Mega với tần số thạch anh là 16Mhz  hoàn toàn đáp ứng được tần số của Encorder 3.1.2 Thông số kỹ thuật - Vi điều khiển : ATmega 2560 - Điện áp hoạt động : 5V - Nguồn ngoài ( giắc tròn DC) 7-9V. Không nên cấp nguồn 12v vì sẽ gây hỏng IC ổn áp. - Số chân Digital: 54 ( 15 chân PWM). - Số chân Analog: 16. - Giao tiếp UART: 4 bộ UART. - Giao tiếp SPI: 1 bộ ( chân 50 đến chân 53) dùng với thư viện SPI của Ardunio. MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 25 - Giao tiếp I2C: 1 bộ. - Ngắt ngoài : 6 chân. - Bộ nhớ Flash : 256 Kb, 8Kb sử dụng cho Bootloader. - SRAM: 8 Kb. - Xung clock: 16MHz. 3.1.3 Vi điều khiển trung tâm ATmega 2560 Sơ đồ chân của ATmega 2560 Hình 3.2: Sơ đồ chân ATmega 2560 MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 26 Board arduino mega 2560 sử dụng chip ATmega2560 của ATmel, bộ nhớ chương trình lên đến 256KB trong đó có 8KB được sử dụng bởi bootloader. Với bộ nhớ chương trình lớn, bạn có thể viết nhiều chương trình phức tạp, điều khiển được nhiều thiết bị hơn. Dung lượng RAM là 8KB. 4KB EEPROM. - 4 cổng serial: Bảng 3.1: Cổng Serial Lưu ý: cổng serial 0 trên 2 chân 0 và 1 được sử dụng để upload chương trình từ Arduino IDE vào board Arduino Mega. - 6 ngắt ngoài Bảng 3.2: Chân ngắt ngoài - 15 chân PWM Các chân 2-13 và chân 44, 45, 46. - 16 chân analog MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 27 3.2 Mạch cầu H216 3.2.1 Giới thiệu Mạch điều khiển động cơ DC H216 15A dùng IC kích Fet chuyên dụng cho Fet luôn dẫn tốt nhất, tránh hiện trượng trùng dẫn, giúp công suất và hiệu năng của board luôn đạt ngưỡng dẫn tốt nhất và ít hư hỏng Fet, module này chuyên dùng cho động cơ công suất lớn, điều khiển vị trí, vận tốc DC Motor, có thể dễ dàng chọn mức kích âm hoặc kích dương để dễ dàng điều khiển. Hình 3.3: Mạch cầu H216 MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 28 3.2.2 Nguyên lý hoạt động của khối cầu H Hình 3.4 : Nguyên lý hoạt động của cầu H216 Nguồn cấp 24V cho động cơ. Có hai cách điều khiển:  Nếu ta cấp MASS của Board VDK cho chân DIR- và chân PWM- thì lúc đó ta sẽ điều khiển tốc độ động cơ bẳng PWM dương.  Nếu ta cấp +5V của Board VDK cho chân DIR+ và chân PWM+ thì lúc đó ta sẽ điều khiển tốc độ động cơ bằng PWM âm. 3.2.3 Thông số kỹ thuật - Dòng liên tục 15A,dòng đỉnh 20A công suất 600W, tại 25 độ C. - Điện áp công suất từ 12v đến 48v. - Điện áp kích từ 3v3 đến 5v. - Có cầu chỉ bảo về ngắn mạch. - Có led báo nguồn (POW), tín hiệu xung đưa vào, (PWM)và tín hiệu đảo chiều (DIR). MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN 29 - BOARD được thiết kế nhỏ gọn với kích thước 52x64x22mm. - Tần số hoạt động lên tới 100 Khz, sử dụng Opto HCPL-0631 cho tần số hoạt động cao. - Độ rộng xung 100%. 3.2.4 Ứng dụng - Điều khiển động cơ DC - Điều khiển vị trí, vận tốc các cơ cấu Servo. - Trong máy in, xe tự hành, xe điệncó sử dụng động cơ DC. - Dùng trong Robot, trong công nghiệp. 3.3 Cảm biến