Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tải bản đầy đủ - 0trang

3.1.2 Chọn vật liệu làm khung Robot

Trong giai đoạn nghiên cứu khoa học hệ thống dây điện khá lộn xộn, nhưng hầu

như giai đoạn đó cần quan tâm đến việc nó có hoạt động hay khơng. Có thể thấy Robot

hoạt động khá tốt. Robot có thể tạo ra sự chuyển tiếp mượt mà giữa mặt đất và tường.

Nhóm đề biện pháp sử dụng carbon để làm khung Robot thay thế khung mica nhưng

sợi carbon thật sự rất đắt tiền và việc kết nối các phần tử bên trong cũng trở nên khó

khăn cho việc sửa chữa.



Hình 3.2 Mẫu thiết kế với khung Mica và khuyết điểm về dây dẫn

Vì vậy, nhóm bắt đầu thiết kế một phiên bản khác. Robot sẽ ở gần giống với thiết

kế ban đầu. Sử dụng một phiên bản quạt hợp lý hơn được tính tốn với chi phí thấp

hơn, nguồn điện thấp hơn, cùng động cơ truyền động như phiên bản trước, bánh xe

nhỏ hơn và có độ bám tốt hơn (như đã đề cập ở Chương 2. Cơ sở lý thuyết, robot bám

tốt hơn khi ma sát giữa bánh xe và mặt tường tốt hơn), Một trong những vấn đề lớn với

thiết kế bên cạnh tuổi thọ pin, là sự gọn gàng. Đấu nối các thiết bị bởi dây dẫn dài từ

khắp các thiết bị bố trí trên Robot làm nó trở nên khơng chuyên nghiệp và khó gỡ lỗi

khi gặp sự cố. Cuối cùng nhóm đã đưa ra ý tưởng sử dụng một PCB làm khung, và có

hầu hết các hệ thống dây điện tích hợp. Điều này khơng chỉ cắt giảm thời gian lắp ráp,

mà còn làm mọi thứ trơng tốt hơn và giảm trọng lượng, điều này rất quan trọng trong

ứng dụng này.



Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch chủ Robot leo tường



3.1.3 Hoàn thiện thiết kế và bộ hồi tiếp báo mức pin

Đối với mạch vi điều khiển điện áp tối đa có thể đọc vào là

nguồn ni là pin Lipo với điện áp 3 Cell đỉnh áp là



song ta sử dụng



do vậy việc thiết kế một bộ



phận đọc với điện áp đầu vào là 5V là hết sức cần thiết.

Đi từ nguyên lý cơ bản của chia áp bằng điện trở ta có sơ đồ chia áp bằng hai

điện trở đơn giản nhất xem Hình 3.4.



Hình 3.4 Sơ đồ mạch chia áp đối với bộ đọc điện áp

Từ sơ đồ này ta dễ dàng tính tốn được điện áp Vin khi biết điện áp Vout. Đối với

dòng cấp tối đa có thể đặt vào một chân Analog của Arduino là 20mA vậy ta chọn điện

trở sao cho dòng điện bé hơn mức này. Đồng thời với mức điện áp



trở phải đặt sao cho



Từ phương trình



với R2 và



giá trị 2 điện



.



áp dụng cho



. Ta lựa chọn điện trở



đối



đối với R1 là hai điện trở có thể dễ dang mua trên thị trường có thể



đáp ứng yêu cầu này. Vấn đề về kiểm soát nguồn điện khi Robot đang hoạt động đã

được giải quyết dựa trên việc đọc tín hiệu trên Arduino chỉ đơn thuần là đọc tín hiệu

Analog:

float temp = (analogvalue * vref) / 1024.0;

float input_volt = temp / (r2 / (r1 + r2));



Đối với nguồn điện do khuyết điểm của phiên bản trước phải tháo gỡ nguồn điện

để đem sạc rất khó khăn và khơng có thơng báo tình trạng pin dẫn đến không nắm

được thông tin nguồn điện của Robot. Từ đây đưa ra một thiết kế mạch điều khiển

nguồn.

Sau khi hoàn tất sơ đồ nguyên lý mạch chủ như Hình 3.3 tiến hành tạo layout và

thực hiện gia cơng thành phẩm main board cho Robot leo tường.



Hình 3.5 Layout mạch chủ Robot leo tường

Layout được thiết kế hai mặt phủ xanh cách điện và có sẵn các pin I/O để hàn

gắn linh kiện, nếu ở phiên bản trước với số linh kiện ít thì phiên bản này khơng sử

dụng PCB sẽ rất khó khăn cho việc kết nối các linh kiện với nhau, có thể thấy sự phức

tạp ở sơ đồ nguyên lý và mạch Layout (Hình 3.5) do có sự ghép đơi bộ nguồn gồm 2

pin Lipo.

Việc gia cơng PCB có nhiều phương pháp từ ủi thủ công, in phim, đến CNC. Sau

khi thực hiện CNC và phủ xanh mạch ta được thành quả là mạch PCB 2 lớp hoành

chỉnh. PCB sợi tổng hợp khá chắc chắn và nhẹ rất phù hợp làm khung cho Robot.



Hình 3.6 Hình ảnh mạch chủ Robot sau khi hồn thiện



3.2 Phương án thiết kế bộ phận điều khiển

3.2.1 Giải thuật điều khiển Robot leo tường

Một nhiệm vụ nữa đề ra khi Robot đã có được một cơ cấu hợp lý là thiết kế bộ

điều khiển cho Robot. Trong thiết kế ban đầu Robot hoạt động dựa trên một phần mềm

của máy tính rất bất tiện trong cơng tác điều khiển. Giờ đây một phương án đề ra là

phát triển một thiết bị cầm tay với khả năng truyền dữ liệu đến Robot.

Một phương án khả thi là sử dụng ESP8266 cho việc truyền dữ liệu từ bàn phím

điều khiển. Một màn hình OLED tích hợp để xử lý các kết quả trả về hiển thị thông tin

hệ thống. Và một mành hình Wifi kích thước lớn để hiển thị hình ảnh từ Camera khảo

sát. Toàn bộ được đặt trong một khung nhựa với kích thước gọn có thể dễ dàng mang



đến khu khảo sát cũng như dễ dàng sạc xả khi cần thiết. Từ bước đầu xây dựng thuật

toán điều khiển cho Robot.



Hình 3.7 Sơ đồ giải thuật điều khiển Robot leo tường

Bộ điều khiển thực hiện kết nối với thiết Robot thơng qua sóng WiFi trong

trường hợp kết nối thành cơng Robot sẽ hoạt động dựa trên tín hiệu gửi từ các nút điều

khiển và nhận về hiển thị thơng tin hệ thống trên màn hình OLED. Trường hợp khơng

có kết nối nếu tay điều khiển đang ở trạng thái khơng truyền dữ liệu thì tích hợp Menu

điều khiển để chỉnh sửa các thông số như: điểm truy cập WiFi và mật khẩu, tốc độ điều

xung cho quạt khi điều khiển, thông số Vref và các thông số hệ thống nhằm hiển thị

trong quá trình điều khiển như vận tốc động cơ, quãng đường di chuyển được, pin và

thông số khác một cách chính xác nhất.

3.2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển Robot leo tường

Để điều khiển Robot tay cầm cần một vi xử lý điều khiển và truyền phát tín hiệu

là mạch ESP-12F bao gồm hệ thống chân I/O để nhận tín hiệu từ các chân nút nhấn và

Joystick. Song để đọc tín hiệu từ chân Joystick cần phải có 2 chân đọc tín hiệu dạng



Analog nhưng ESP chỉ có một. Giải pháp đặt ra là cần phải chế tạo một bộ quét để có

thể đọc vào 2 giá trị trên cùng 1 chân Input A0 của ESP.



Hình 3.8 Sơ đồ đọc tín hiệu từ Joystick



Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý tổng kết điều khiển Robot leo tường



Kiểu kết nối này sẽ giúp ta biết được vị trí của nút xoay Joystick thơng qua

phương pháp qt cho tín hiệu của 2 chân lần lượt qua cơng input A0 từ đây xác định 2

thông số x_value và x_value, tiếp tục đọc tín hiệu từ 3 nút nhấn và thực hiện xử lý,

truyền qua giao tiếp TCP đến mạch điều khiển chính trên Robot.



Hình 3.10 Hình ảnh Joystick tích hợp nút nhấn



3.3 Thiết kế cơ khí Robot và bộ điều khiển

3.3.1 Thiết kế cơ khí khung Robot leo tường

2



3

1

5



4

6



Hình 3.11 Thiết kế cơ khí khung Robot leo tường



Robot được cấu thành bởi khung PCB (1) được ghép với động cơ hút chân không

EDF (3) nhờ kẹp giữ (6). Động cơ mini hộp số kim loại (4) được gắn vào khung PCB

nhờ vào các gá nhựa (5) với bánh xe 34x7 mm (2). Tất cả các thành phần đều được đo

đạc tính tốn để ghép chặt với nhau để trong q trình di chuyển khơng bị rơi vỡ.

Ngồi các thành phần chính bên trên Robot được bố trí thêm các mạch xử lý và nguồn

điện tham khảo phụ lục 3, phụ lục 4, phụ lục 5 và hình 3.12.



Hình 3.12 Khung Robot leo tường sau khi lắp ghép các linh kiện thực tế

3.3.2 Thiết kế cơ khí bộ điều khiển cầm tay Robot leo tường

Bộ điều khiển bằng tay được chế tạo bằng mica chắc chắn toàn bộ mạch điện tử

và linh kiện bên trong đều được đảm bảo kết nối chắc chắn và đóng khung. Chỉ chừa

vị trí sạc pin và nạp chương trình cho bộ điều khiển. Đồng thời bộ điều khiển có lẫy để

lắp ghép với màn hình thu hình ảnh Wifi rời. Ở đây để tiện nhóm sử dụng điện thoại

Smart Phone cho việc thu nhận hình ảnh từ Robot về. Bộ điều khiển thơng qua nút

nhấn và chốt xoay điện trở Joysticks. Hiển thị thông số qua màn hình OLED.



1



6



2



7



3



8



4

9



5



Hình 3.13 Khung điều khiển Robot leo tường

Khung điều khiển Robot có ngăn chứ màn hình nhận tín hiệu Camera (1) với lẫy

kẹp (6) có thể tháo ghép màn hình khi cần thiết. Khởi động nguồn qua cơng tắc (3) và

các phím điều khiển (2) Joysticks (8). Màn hình OLED 1.3 Inchs tíc hợp (7). Điều

khiển được nạp chương trình và sạc thơng qua cổng (5). Khung có bệ đỡ (9) để đặt

nằm trên mặt phẳng mà khơng bị nghiên đổ.



Hình 3.14 Màn hình OLED 1.3 Inchs I2C tích hợp trong bộ điều khiển



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×