Đồ án Nghiên cứu, chế tạo và phát triển robot 6 chân tự động di chuyển trong bản đồ trực tiếp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUꢀT THꢁNH PHỐ HỒ CHꢂ MINH
KHOA ĐꢁO TẠO CHẤT LƯꢃNG CAO
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VÀ PHÁT TRIỂN
ROBOT 6 CHÂN TỰ ĐỘNG DI CHUYỂN
TRONG BẢN ĐỒ TRỰC TIẾP
GVHD: TS. NGUYỄN VĂN THÁI
SVTH: NGUYỂN HUỲNH ANH TRUNG
MSSV: 15146112
SVTH: LÊ QUỐC CHỈ
MSSV: 15146013
SVTH: VŨ TRỌNG NHÂN
MSSV: 15146081
TP. Hồ Chí Minh, 10 tháng 7 năm 2019
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thái ........................................................................
Sinh viên thực hiện: Vũ Trọng Nhân............................................ MSSV:15146081 ............
Lê Quốc Chỉ.................................................. MSSV:15146013 ............
Nguyễn Huỳnh Anh Trung ........................... MSSV:15146112 ............
1. Tên đề tài:
Nghiên cứu, chế tạo và phát triển robot 6 chân tự động di chuyển trong bản đồ cho sẵn.......
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
Servo 5521MG-180; Board control servo; Arduino mega; Pin 6000 mAh; LIDAR; nhựa
PLA..........................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
3. Nội dung chính của đồ án:
Thiết kế một robot....................................................................................................................
Tạo app điều khiển trên Android .............................................................................................
Tích hợp camera livestream về app .........................................................................................
Quét map và điều khiển với LIDAR........................................................................................
.................................................................................................................................................
4. Các sản phẩm dự kiến:
Robot AntPot hoàn chỉnh.........................................................................................................
App điều khiển trên Android có khả năng live stream, bản đồ được quét bởi LIDAR...........
5. Ngày giao đồ án:18/3/2019.................................................................................................
6. Ngày nộp đồ án:11/7/2019..................................................................................................
7. Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo:
Trình bày bảo vệ:
Tiếng Anh
Tiếng Anh
Tiếng Việt
Tiếng Việt
TRƯỞNG KHOA
TRƯỞNG BỘ MÔN
GIẢNG VIÊN
HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)
(Ký, ghi rõ họ tên)
(Ký, ghi rõ họ tên)
i
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******
PHIẾU NHꢀN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: ......................................................................MSSV: .............................
Họ và tên Sinh viên: ......................................................................MSSV: .............................
Họ và tên Sinh viên: ......................................................................MSSV: .............................
Ngành:......................................................................................................................................
Tên đề tài: ................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn:..............................................................................................
NHꢀN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
4. Đề nghꢀ cho bảo vệ hay không?
.................................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:.......................................................................................................................
6. Điểm: ........................(Bꢁngchữ: .......................................................................................)
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…
Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)
ii
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******
PHIẾU NHꢀN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên Sinh viên: ......................................................................MSSV: .............................
Họ và tên Sinh viên: ......................................................................MSSV: .............................
Họ và tên Sinh viên: ......................................................................MSSV: .............................
Ngành:......................................................................................................................................
Tên đề tài: ................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
Họ và tên Giáo viên phản biện: ...............................................................................................
NHꢀN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
4. Đề nghꢀ cho bảo vệ hay không?
.................................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:.......................................................................................................................
6. Điểm: ........................(Bꢁng chữ: ......................................................................................)
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20 …
Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)
iii
LỜI CẢM ƠN
Đề tài “Nghiên cứu, chế tạo và phát triển robot 6 chân tự động di chuyển trong bản
đồ trực tiếp” là nội dung nhóm chọn để nghiên cứu và làm đồ án tốt nghiệp sau bốn
năm theo học chương trình đại học chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử tại
trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
Để hoàn thành đề tài, lời cảm ơn đầu tiên chúng em xin được gửi đến giáo sư Kare
Halvorsen đã chia sẻ code mẫu và kinh nghiệm thực hiện robot Hexapod, đó là nguồn
tài liệu quý giúp đỡ chúng em rất nhiều trong quá trình thực hiện robot Hexapod.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn tới TS. Nguyễn Văn Thái, THS. Phạm Bạch Dương
đã góp ý và hướng dẫn chúng em trong quá trình hoàn thành đồ án này. Đồng thời
xin gửi lời cảm ơn đến tập thể thầy cô cùng nhà trường đã truyền đạt cho chúng em
rất nhiều kiến thức bổ ích trong quá trình bốn năm học để chúng em có được hiểu biết
như ngày hôm nay.
Chúng em cũng xin cảm ơn anh Huỳnh Văn An - giám đốc công ty Goldeneye
Technologies đã tạo giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em rất nhiều trong
suốt quá trình nghiên cứu đồ án.
Cảm ơn anh Trần Sơn Vũ đã đồng ý cho chúng em sử dụng code mẫu và hướng
dẫn chúng em sử dụng LIDAR cho việc quét map và điều khiển robot.
Do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên dự án cũng
như bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong nhận được
ý kiến đóng góp thầy, cô để chúng em rút kinh nghiệm, đó sẽ là hành trang tốt cho
chúng em khi ra trường và đi làm.
Lời cuối cùng, chúng con cảm ơn ba mẹ và gia đình đã luôn nuôi nấng chúng con
nên người và luôn là nguồn động viên cho chúng con những lúc khó khăn nhất để
chúng con có được thành quả ngày hôm nay.
Nhóm xin chân thành cảm ơn!
iv
TÓM TẮT
Đề tài “Nghiên cứu, chế tạo và phát triển robot 6 chân tự động di chuyển trong bản
đồ trục tiếp” xây dựng một con robot Hexapod hoàn chỉnh, hoạt động linh hoạt và ổn
đꢀnh có khả năng điều khiển cả bꢁng tay và tự động, có khả năng vượt chướng ngại
vật và nhận dạng môi trường xung quanh.
Chúng em thực hiện đề tài này nhꢁm tạo một công cụ bổ ích cho nền giáo dục, một
loại robot có thể giúp người dùng, người học có thể có cơ hội để tiếp cận với công
nghệ robot. Đồng thời qua đó kiến tạo, khơi dậy niềm đam mê công nghệ của các bạn
trẻ, ngoài ra còn có thể trau dồi các kiến thức đã học và áp dụng vào quá trình nghiên
cứu sản phẩm này.
Nguyên lý hoạt động được dựa trên những phương trình động học thuận, động học
nghꢀch như một cánh tay robot ba bậc tự do và áp dụng vào mỗi chân trong robot, lập
trình bꢁng ngôn ngữ C++, điều khiển bꢁng Bluetooth.
Phần cứng bao gồm RC servo MG5221MG-180, board Arduino Mega 2560,
Raspberry Pi 3, Raspberry Pi Zero, Camera Zero board control servo, mạch giảm áp,
pin Li-po 5200mAh và 7000mAh, bộ điều khiển PS2, LIDAR, cảm biến HC-SR04.
Mô phỏng trên Matlab và thiết kế trên phần mềm đồ họa Solidworks. Chúng em tiến
hành gia công bꢁng công nghệ in 3D với vật liệu nhựa PLA, CNC lazer, chấn nhôm,
CNC lazer mica (PMMA).
Qua nhiều phiên bản, nhóm chúng em đã chế tạo thành công robot Hexapod có
khả năng di chuyển linh hoạt, đúng như đã mô phỏng trên Matlab. Robot có khả năng
vượt được chướng ngại vật, cho phép tải nhẹ, có thể quân sát môi trường xung quanh
bꢁng camera, quét map bꢁng LIDAR và tự động di chuyển tới điểm chỉ đꢀnh.
v
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................... iv
TÓM TẮT..................................................................................................................v
MỤC LỤC................................................................................................................ vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU.......................................................................... ix
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ..................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề...................................................................................................1
1.2. Khả năng ứng dụng ....................................................................................2
1.4. Lý do chọn đề tài........................................................................................4
2.1. Giới thiệu chung.........................................................................................6
2.3. Điều khiển thân robot.................................................................................9
2.5. Tính ổn đꢀnh của Hexapod .......................................................................12
2.6. Giao tiếp Bluetooth với PS2.....................................................................13
2.7. LIDAR. [11].............................................................................................17
3.1. Mô phỏng trên Matlab..............................................................................30
3.2. Thiết kế cơ khí..........................................................................................31
vi
3.3. Thi công....................................................................................................45
5.1. KẾT LUẬN..............................................................................................73
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................75
vii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CL: Coxa Length.
CPR: CenterPoint of Rotation.
EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory.
FL: Femur Length.
LIDAR: Light Detection And Ranging[3].
MARS: Multi Appendage Robotic System.
PS2: Play Station 2.
PWM: Pulse Width Modulation.
ROS: The Robot Operating System.
SLAM: Simultaneous Localization and Mapping.
SRAM: Static Random Access Memory.
TL: Tibia Length.
UART: Universal Asynchronous Receiver/Transmitter.
viii
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2-1. Data của các phím nhấn PS2....................................................................15
Bảng 2-2. Gói dữ liệu các nút trong byte thứ 4.........................................................15
Bảng 2-3. Gói dữ liệu các nút trong byte thứ 5.........................................................16
Bảng 2-6. Tóm tắt thông số Arduino Mega 2560 .....................................................21
Bảng 2-7. Bảng thông số mạch 32 servo controller..................................................22
Bảng 2-8. Thông số UPEC........................................................................................23
Bảng 2-9. Thông số Pin Li-po...................................................................................24
Bảng 2-10. Thông số và khối lượng RC Servo.........................................................26
Bảng 2-11. Thông số PS2..........................................................................................27
Bảng 2-12. Thông số HC06 ......................................................................................27
Bảng 2-13. Thông số và khối lượng RC Servo.........................................................28
Bảng 2-14. Thông số LIDAR....................................................................................29
Bảng 3-8. Kết nối các Servo vào Controller .............................................................44
ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Hình 1-1. Robot Atlas ................................................................................................2
Hình 1-2. Tripod Robot..............................................................................................2
Hình 1-1. Quadruple Robot........................................................................................2
Hình 1-2. Hexpod Robot............................................................................................2
Hình 1-5. Robot Nao...................................................................................................3
Hình 2-1. Chân loài chân khớp trong thực tế..............................................................6
Hình 2-8. Chức năng các dây trong module PS2......................................................14
Hình 2-10. Bản đồ trả về từ LIDAR .........................................................................17
Hình 2-13. Mô phỏng quá trình in theo lớp ..............................................................20
Hình 2-16. Mạch giảm áp UPEC 8,3V - 6V .............................................................23
Hình 2-19. Bên trong một RC servo .........................................................................25
Hình 2-21. PS2..........................................................................................................26
Hình 2-22. HC06.......................................................................................................26
Hình 3-3 Sơ đồ tổng quan kết nối cơ khí ..................................................................31
x
Hình 3-4 Sơ đồ kết nối các module và tìn hiệu.........................................................32
Hình 3-5. Hexapod VS1............................................................................................33
Hình 3-6. Hexapod VS2 khung nhựa........................................................................33
Hình 3-7. Hexapod VS3 kết hợp đầu và đuôi ...........................................................34
Hình 3-8. AntPot (Hexapod VS4).............................................................................35
Hình 3-9. Thiết kế 3D phần đầu Hexapod ................................................................36
Hình 3-10. Thiết kế 3D phần thân Hexapod .............................................................37
Hình 3-11. Thiết kế 3D phần đuôi Hexapod.............................................................37
Hình 3-12. Thiết kế 3D phần chân Hexapod ............................................................38
Hình 3-13. Servo chuẩn bꢀ lắp ráp cơ khí .................................................................40
Hình 3-14. Các bộ phận sau khi in, chuẩn bꢀ lắp ráp................................................40
Hình 3-15. Bước 1.....................................................................................................45
Hình 3-16. Bước 2.....................................................................................................45
Hình 3-17. Bước 3.....................................................................................................45
Hình 3-18. Bước 4.....................................................................................................45
Hình 3-19. Bước 1.....................................................................................................46
Hình 3-20. Bước 2.....................................................................................................46
Hình 3-21. Bước 3.....................................................................................................46
Hình 3-22. Bước 4.....................................................................................................46
Hình 3-23. Bước 1.....................................................................................................47
Hình 3-24. Bước 2.....................................................................................................47
Hình 3-25. Bước 1.....................................................................................................47
Hình 3-26. Bước 2.....................................................................................................47
Hình 3-28. Hình dáng của Gait trong giải thuật........................................................48
Hình 3-29. Các hệ tọa độ trên trên Hexapod.............................................................50
Hình 3-30. Lưu đồ giải thuật 1 bước trong Gait .......................................................51
Hình 3-31. Lưu đồ trình tự chạy của Gait.................................................................52
Hình 3-32. Lưu đồ giải thuật vòng lặp chính............................................................53
Hình 3-33. MIT kết nối bluetooth.............................................................................55
Hình 3-34. MIT gửi thông tin nút khi nhấn nhả........................................................55
Hình 3-35. MIT Joystick hướng theo tay kéo ...........................................................56
Hình 3-36. MIT thả Joystick.....................................................................................56
Hình 3-38. Code giải thuật giới hạn Joystick............................................................58
xi
Hình 3-43. App VS3 hoàn thiện................................................................................61
Hình 4-2. Đo tầm quét hiệu quả................................................................................70
Hình 4-3. Tải trọng tối đa mà Hexapod có thể giữ ...................................................71
xii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Robot Hexapod là một phương tiện cơ học đi trên sáu chân có tính linh hoạt cao
trong việc di chuyển và được lấy cảm hứng từ phân ngành động vật sáu chân. Cùng
với sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống Cơ-Điện tử, robot vượt đꢀa hình ngày
một được hoàn thiện và càng cho thấy lợi ích của nó trong quân sự, trong nghiên cứu,
chúng thường được dùng để vận chuyển hàng hóa trên đꢀa hình không bꢁng phẳng,
can thiệp những khu vực, đꢀa hình nguy hiểm, tìm kiếm cứu nạn, khám phá và lập
bản đồ các môi trường chưa biết. Nhóm nghiên cứu đề tài này chủ yếu ứng dụng vào
mục đích dân sự, hỗ trợ tìm kiếm cứu nạn, thâm dò đꢀa hình mà con người khó tiếp
cận, hỗ trợ trong việc nghiên cứu, học tập. Trong đề tài này tập trung nghiên cứu vào
robot sáu chân (Hexapod).
1.1. Đặt vấn đề
Trong “Chiến lược phát triển khoa học và công nghệ Việt Nam”, cơ điện tử là một
trong những hướng công nghệ trọng điểm phục vụ phát triển kinh tế, xã hội. Và khi
nhắc đến cơ điện tử, robot chính là sản phẩm đặc trưng của ngành này. Chúng là
những bộ máy hoạt động đồng nhất dựa trên những bộ phận được điều khiển một
cách phức tạp thông qua những thuật toán được đem mã hoá vào những vi điều khiển.
Có nhiều kiểu robot và chúng em chia chúng thành nhóm robot theo cách thức di
chuyển:
• Bꢁng cánh quạt như robot máy bay- Flycam
• Robot đi bꢁng bánh xe
• Robot có cánh như côn trùng hay chim
• Robot không chân- di chuyển bꢁng cách trườn như giun, rắn
• Robot đi bꢁng chân như động vật
Tuy có thật nhiều loại Robot, nhưng để ứng dụng vào học tập thì những robot di
chuyển bốn hay sáu chân vẫn còn nhiều thiếu sót, về bốn chân, gần đây ta có robot
Vorbal, mỗi chân hai khớp, với mã nguồn mở, tuy nhiên vẫn chưa đủ phức tạp để có
thể thử thách kiến thức về động học do khá đơn giản.
1
1.2. Khả năng ứng dụng
Vì sự đòi hỏi cao về tri thức trong thiết kế và chế tạo, robot là một công cụ cực tốt
để phục vụ trong việc học tập, nghiên cứu, tạo môi trường rộng rãi để áp dụng các
kiến thức đã có, góp phần đưa hệ thống giáo dục bắt kꢀp với tiến độ phát triển công
nghệ, đặc biệt là trong kỷ nguyên 4.0 ngày nay.
Ngoài ra, tính ứng dụng của Hexapod trở nên độc đáo bởi chính sự linh hoạt trong
hình thức di chuyển, có thể di chuyển trên đꢀa hình đa kết cấu. Hexapod là một trong
các phương tiện lớn trong do thám không gian.
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Hình 1-1. Robot Atlas
Hình 1-2. Tripod Robot
Walking Robot Generates Its Own Gaits”,
[ xem 10/07/2019]
[xem 10/07/2019]
Hình 1-3. Quadruple Robot
Hình 1-4. Hexpod Robot
[ xem 10/07/2019]
2
Các robot di chuyển bꢁng chân đã được nghiên cứu từ lâu, đều được lấy ý tưởng
từ thực tế như dáng đi của con người, kiểu di chuyển của động vật bốn chân, đến kiểu
di chuyển của động vật sáu, tám chân và tất cả đều có những thành công nhất đꢀnh.
Robot Hexapod là một phương tiện cơ học đi trên sáu chân. Vì nó có thể ổn đꢀnh
tĩnh trên ba hoặc nhiều chân, một robot Hexapod có tính linh hoạt cao trong việc di
chuyển. Nếu một chân bꢀ vô hiệu hóa, robot vẫn có thể đi bộ. Hơn nữa, không phải
tất cả chân của robot đều cần thiết cho sự ổn đꢀnh, các chân khác được tự do tiếp cận
các vꢀ trí chân mới hoặc điều khiển tải trọng. Nhiều Hexapod robot được lấy cảm
hứng từ phân ngành động vật sáu chân. Hiện nay trên thế giới đã có nhiều nhóm
nghiên cứu và phát triển. Ở Việt Nam, robot di chuyển bꢁng chân cũng là đề tài được
nhiều nhóm sinh viên thực hiện, là đề tài thích hợp phục vụ học tập.
Ở Việt Nam, những Robot phục vụ học tập đã có mặt trong các trường học:
Hình 1-5. Robot Lego
Hình 1-6. Robot Alpha 1E
[xem 10/07/2019]
Ngành học về robot) - IoT của trường ĐH Khoa học tự nhiên TP.HCM, hay Robot
nghệ TEKY. Robot còn có mặt trong các Lab của các trường đại học như Robot Nao
của trường ĐH Khoa Học Tự Nhiên.
Hình 1-7. Robot Nao
3
Khi gõ từ khóa “Hexapod ở Việt Nam” hoặc “robot 6 chân ở Việt Nam” trên
trang tìm kiếm Google, có rất ít kết quả liên quan đến đề tài này, đề tài Hexapod ở
Việt Nam, chủ yếu được các bạn sinh viên nghiên cứu cho việc làm các dự án nhỏ,
đồ án môn học, đồ án tôt nghiệp hay những ngày hội khoa học sáng tạo như: Robot
dò tìm bom mìn của nhóm sinh viên Trường Đại học (ĐH) Bách khoa Đà Nẵng,
gồm: Ngô Diên Bảo Triết, Lê Tự Duy Hoàng và Trần Văn Chính. Có vài kết quả về
robot thương mại đơn giản phục vụ cho học tập nhưng là những mô hình đơn giản,
hai DOF hoặc ba DOF lắp ghép bꢁng mica. Cũng có những cá nhân nghiên cứu, tìm
hiểu về hexapod và đăng lên các diễn đàn hoặc đưa clip hoạt động lên Youtube.
1.4. Lý do chọn đề tài.
Mảng robot di chuyển bꢁng chân là niềm đam mê chung của các thành viên trong
nhóm. Là một dự án rất phù hợp với ngành cơ điện tử, sinh viên được áp dụng rất tốt
các kiến thức chuyên ngành đã học được trên trường, đồng thời cũng cũng khá ít các
dự án tương tự đã được thực hiện ở Việt Nam cho nên có rất ít tài liệu liên quan khiến
dự án này vừa là niềm đam mê, vừa là thách thức mà chúng em muốn vượt qua.
Hiện nay, nhu cầu học tập và tìm hiểu công nghệ của nước ta rất cao, rất nhiều lớp
học về robot đã được mở ra để đáp ứng được nhu cầu này và phục vụ cho nhu cầu đó
thì robot là một công cụ không thể thiếu. Nhóm chúng em nghiên cứu và chế tạo ra
robot 6 chân này phục vụ cho nhu cầu học tập đó của các em, giúp các em có sự hứng
thú và có nhiều sự lựa chọn hơn cho quá trình học tập, nghiên cứu robot của mình.
1.5. Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu.
Với dự án này chúng em nghiên cứu, mô phỏng trên Mathlab và tạo ra một robot
Hexapod hoàn chỉnh có khả năng di chuyển, mô phỏng cách di chuyển của loài côn
trùng chân khớp. Sử dụng các phương trình động học, truyền động để, thiết kế được
bộ khung và chọn được động cơ phù hợp, ứng dụng công nghệ in 3D với vật liệu
nhựa PLA trong việc chế tạo robot. Lập trình theo các giải thuật điều khiển đã tìm
được. Điều khiển robot từ xa bꢁng các module điều khiển. Robot có thể quét được
không gian xung quanh, xác đꢀnh vꢀ trí trong không gian và vẽ nên bản đồ gửi lên
Web, người dùng có thể giao tiếp trực tiếp trên chính bản đồ gửi về, trực tiếp chọn
trên màn hình để robot tự động đi tới vꢀ trí được chuyển, dựa vào tín hiệu digital từ
công tắc hành trình dưới mỗi chân để xác đꢀnh điểm đặt chân, hỗ trợ việc di chuyển
trên đꢀa hình đa kết cấu.
Phương pháp nghiên cứu là tìm kiếm tài liệu trên các trang mạng trên Internet,
nghiên cứu những thiết kế đã được các nhóm, các cá nhân phát triển trong và ngoài
nước từ đó thiết kế ra một con robot cử động linh hoạt. Tập trung phân tích, tính toán,
4
chọn lựa và thực nghiệm các module và linh kiện dễ tìm thấy. Nghiên cứu và phát
triển thuật toán trong code.
Nhóm đã thực hiện đề tài này trong hơn 10 tháng gồm bốn giai đoạn chính:
Giai đoạn 1:
• Tìm kiếm tài liệu
Giai đoạn 2:
• Nghiên cứu, lựa chọn và kiểm nghiệm các module, linh kiện phù hợp, xây
dựng code điều khiển, lắp ráp một mô hình đơn giản. Mô phỏng trên Mathlab
• Thiết kế phần khung xương cho robot đảm bảo các chức năng di chuyển cơ
bản
• Dựa trên các thuật toán điều khiển, động học, và code mẫu, điều khiển từng
khớp, từng chân và kết hợp các chân
Giai đoạn 3:
• Đánh giá khả năng hoạt động, độ bền, của thiết kế cũ, thiết kế lại khung của
robot bꢁng vật liệu nhựa
• Tính toán, thiết kế khung bꢁng nhựa PLA, mua và gia công các chi tiết, lắp ráp
thành một con robot hoàn chỉnh
• Hiệu chỉnh code
Giai đoạn 4:
• Thiết kế lại toàn bộ phần khung, vỏ robot, đảm bảo sự linh hoạt cho robot,
giảm khối lượng, đảm bảo tính thẩm mĩ.
• Tính toán, chọn lại các module, nguồn phù hợp
• Hiệu chỉnh code, cải thiện khả năng di chuyển linh hoạt và giống với tự nhiên
hơn
• Thiết kế app điều khiển
• Tích hợp module LIDAR, camera
5
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu chung
Để Hexapod có thể đi được, một số thuật toán cần phải làm việc cùng nhau để tạo
thành bộ điều khiển hoàn chỉnh. Kết quả cuối cùng ở mọi khoảng thời gian là vꢀ trí
set-point cho mỗi servo. Mô hình bước cần phải được chọn, các quỹ đạo đã được tính
toán và các ràng buộc vꢀ trí các chân được cập nhật liên tục. Tùy thuộc vào vận tốc,
các kiểu dáng khác nhau được chọn bởi một bộ điều khiển. Để thực thi mỗi kiểu dáng
sẽ có một giai đoạn đứng và một giai đoạn xoay chân. Trong giai đoạn đứng là khi
chân tiếp xúc mặt đất ở mọi thời điểm. Trong giai đoạn xoay chân quỹ đạo giữa hai
vꢀ trí đứng phải được tính toán đúng bởi bộ điều khiển. Do kích thước phần cứng như
chiều dài chân, vꢀ trí servo và chiều rộng cơ thể, một số ràng buộc nhất đꢀnh sẽ hạn
chế vꢀ trí các chân. Các vꢀ trí của mỗi chân cũng sẽ ảnh hưởng đến vꢀ trí các chân còn
lại trong không gian. Do sự giống nhau giữa một robot Hexapod và côn trùng chân
khớp, rất nhiều cảm hứng có thể được lấy từ nó và sinh trắc học của chúng.
Hình 2-1. Chân loài chân khớp trong thực tế
2.2. Bài toán động học nghịch trong robot
Động học nghꢀch là sử dụng các phương trình động học để xác đꢀnh các tham số
góc của mỗi khớp để có được vꢀ trí mong muốn cho mỗi bộ phận của robot [4]. Tức là
từ toạ độ P xác đꢀnh trong không gian, với P là vꢀ trí cuối cùng tại mỗi mũi chân của
Hexapod, từ đó tính ra được các góc Coxa Femur và Tibia để điểu khiển Servo, rồi
điều khiểu cả một hệ thống. Các thông số cần tính được diễn tả như cấu trúc bên dưới,
bao gồm: ba khâu, ba khớp.
6
Hình 2-2. Hình biểu diễn các khâu và khớp trong không gian tọa độ XYZ.
Các biến 훾, 훼, 훽 lần lượt là các Coxa, Femur và Tibia, là các góc hiện tại của mỗi
Servo, mục tiêu chúng em hướng đến là xác đꢀnh giá trꢀ của các góc xoay Offset (tức
là góc mà mỗi servo cần phải xoay thêm để đạt được góc xoay mong muốn) và code.
• Góc Coxa
Hình 2-3. Hình biểu diễn góc Coxa khi nhìn dọc theo phương Y từ trên xuống.
7
Tải về để xem bản đầy đủ
88 trang
21480
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Nghiên cứu, chế tạo và phát triển robot 6 chân tự động di chuyển trong bản đồ trực tiếp", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- do_an_nghien_cuu_che_tao_va_phat_trien_robot_6_chan_tu_dong.pdf
