BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT
GIEO HẠT TỰ ĐỘNG

Sinh viên thực hiện : LÊ VĂN VŨ
NGUYỄN XUÂN ẤT
Ngành : CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa : 2013 – 2017

Tháng 06 năm 2017


NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT GIEO HẠT
TỰ ĐỘNG

Tác giả

LÊ VĂN VŨ
NGUYỄN XUÂN ẤT

Khóa luận được đề để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ điện tử

Giáo viên hướng dẫn:
Ths . NGUYỄN LÊ TƯỜNG
Ths . VÕ QUANG THU

Tháng 06 năm 2017

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu : “ Nghiên cứu, thiết kế và chế mô hình robot gieo hạt tự động”
được tiến hành tại Công Ty QUYẾT THẮNG và Trường Đại Học Nông Lâm TPHCM,
thời gian từ tháng 03 đến tháng 06 năm 2017.
-

Kết quả thu được :
• Chế tạo hoàn thiện được robot gieo hạt tự động
• Thiết kế được mạch Driver điều khiển động cơ
• Nhóm em được tiếp xúc với khá nhiều dụng cụ hỗ trợ làm cơ khí: máy cắt tay,
máy cắt sắt(nhôm) có công suất lớn, máy hàn TIG và máy hàn que, máy
khoan...
• Biết cách chọn bánh răng, dây dai cho phù hợp với nhu cầu của mình và cách
•

chọn vật liệu như thế nào cho phù hợp
Biết thêm về cách sử dụng và lập trình Arduino Mega 2560R3 và nguyên lí

hoạt động của động cơ DC , động cơ servo và công tắc hành trình..
• Ngoài ra còn được làm việc với phần mềm solidworks 2016 tối ưu hơn, và
thiết kế được bản vẻ khá hoàn thiện với phần mềm đó.

4


MỤC LỤC

Trang


GND...........................................................Gemeinsame NormDatei
TIG.............................................................Tungsten Inert Gas
GUI.............................................................Graphical User Interfaces
MATLAB...................................................MATrix LABoratory

8


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Lí do chọn đề tài
Nước ta là một nước nông nghiệp nhưng sản xuất nền nông nghiệp vẫn còn lạc
hậu chủ yếu sử dụng sức lao động phổ thông. Nền sản xuất nông nghiệp năng suất thấp
do nước ta là nước đang phát triển còn nhiều khó khăn. Trong những năm gần đây với
sự mở cửa của nền kinh tế nước ta cũng đã từng bước phát triển đi lên.
Với chủ trương và chính sách của nhà nước phát triển nền nông nghiệp hiện đại
hóa cơ giới hóa thay thế dần sức lao động thử công bằng máy móc tự động. Đi cùng
với chủ trương hiện đại hóa nông nghiệp nhà nước đã thành lập các viện nghiên cứu về
nông nghiệp, các trung tâm nghiên cứu về cây trồng. Trung tâm sản xuất thiết bị nông
nghiệp để phục vụ cho công việc sản xuất nông nghiệp đáp ứng nhu cầu trong nước
cũng như xuất khẩu nông sản.
Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật các ngành như cơ điện tử, tự động
hóa phát triển mạnh đã được áp dụng vào thực tế đời sống rất nhiều. Với sự phát triển
này rất nhiều máy móc phục vụ cho đời sống đã ra đời nhất là để phục vụ cho công
việc cơ giới hóa nền sản xuất nông nghiệp. Trong đời sống nông thôn ngày nay xu
hướng nguồn nhân lực rời bỏ quê hương để làm ăn xa rất phổ biến dẩn đến thiếu thốn
nguồn lao động cho địa phương. Cho nên việc cơ giới hóa nên nông nghiệp là hết sức
cần thiết. Theo khảo sát thì chúng em được biết có những vùng chuyên canh rau rất
lớn như Lâm Đồng…đòi hỏi nguồn lao động rất lớn nhất là trong khâu gieo ươm hạt
giống. Đây là khâu quan trọng đòi hỏi sự chính xác tốn rất nhiều thời gian và nhân

+ Điều khiển cơ cấu gieo, gieo được hạt.
+ Điều khiển cơ cấu cày và lấp đất lên, xuống.
• Viết chương trình điều khiển mô hình robot gieo hạt tự động.
• Khảo nghiệm các chế độ hoạt động của mô hình.
•
•

1.4 Nội dung đề tài:
- Khảo sát các mô hình robot gieo hạt tự động đã có trong thực tế
- Thiết kế chế tạo mô hình robot gieo hạt tự động
- Điều khiển robot gieo hạt hoạt động hoàn chỉnh

1.5 Đối tượng nghiên cứu
+Tìm hiểu về board mạch vi xử lý Arduino
+Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình Arduino trên nền phần mềm IDE.
+Tìm hiểu driver điền khiển động cơ DC 12V.
+Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách điều khiển động cơ DC.
+Tìm hiểu về xích và bánh răng.

10


1.6 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu:
Vật liệu nghiên cứu:
+ Board vi xử lý Arduino Mega 2560.
+ Mạch driver điều khiển động cơ
+ Cơ cấu robot: động cơ hộp số giảm tốc trục vít-bánh vít, dây đai răng 1 mặt, bánh
xe, bulong, đai ốc, bánh răng xích, xích.
+ Vật liệu làm khung : Thanh inox 20x20 cm, thanh inox 15x30 cm
Phương pháp nghiên cứu:


11


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Lịch sử phát triển
2.1.1 Lịch sử phát triển của robot
1921: Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robota” có nghĩa là
công việc tạp dịch trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel Capek.
1948: tại Phòng Thí Nghiệm Quốc Gia Argonne, nhà nghiên cứu Goertz đã
nghiên cứu chế tạo loại tay máy đôi (master - slave manipulator) điều khiển từ xa đầu
tiên, và cùng năm đó hãng General Mills chế tạo tay máy gần tương tự sử dụng cơ cấu
tác động là những động cơ điện kết hợp với các cử hành trình.
Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company)
quảng cáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là “Người máy công nghiệp”
(Industrial Robot). Đó là những loại thiết bị có dáng thấp và có một vài chức năng như
tay người được điều khiển tự động để thực hiện một số thao tác sản xuất.
Những năm 80, robot công nghiệp phát triển mạnh mẽ trong thám hiểm không
gian và công nghiệp ôtô và sau đó chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực
công nghiệp vào đầu những năm 90.
Robot đầu tiên được đưa lên sao Hỏa mang tên Sojourner, chế tạo năm 1997.
Sojourner được điều khiển từ Trái đất. Tháng Giêng năm 2004, 2 robot Rovers của Mỹ
đã tiếp cận sao Hoả, mỗi ngày tự di chuyển được cỡ chục mét.
Cùng với sự phát triển của rất nhiều loại robot phục vụ cho các nhu cầu khác
nhau của con người, robot gieo hạt tự động cũng là robot được rất nhiều nước quan
tâm nghiên cứu và sản xuất nhờ vào những ứng dụng rộng rãi của nó đối với đời sống
hàng ngày
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, đặc biệt là ngành kinh tế việc tạo ra
robot gieo hạt tự động giúp giải quyết được vấn đề nhân công và làm cho nền kinh tế

Được giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang
đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh
viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với
môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Những ví dụ phổ
biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều
13


khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động. Đi cùng với nó là một môi trường
phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho
phép người dùng viết các chương trình cho Arduino bằng ngôn ngữ C hoặc C+
-

+.
Giá của các board Arduino dao động xung quanh €20, hoặc $27 hoặc
574 468VNĐ, nếu được "làm giả" thì giá có thể giảm xuống thấp hơn $9. Các
board Arduino có thể được đặt hàng ở dạng được lắp sẵn hoặc dưới dạng các kí
tự-làm-lấy. Thông tin thiết kế phần cứng được cung cấp công khai để những ai
muốn tự làm một mạch Arduino bằng tay có thể tự mình thực hiện được (mã
nguồn mở). Người ta ước tính khoảng giữa năm 2011 có trên 300 ngàn mạch
Arduino chính thức đã được sản xuất thương mại, và vào năm 2013 có khoảng

-

700 ngàn mạch chính thức đã được đưa tới tay người dùng.
 Sơ lược sự ra đời của arduino.
Arduino được khởi động vào năm 2005 như là một dự án dành cho sinh viên
trại Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tương tác Ivrea) tại Ivrea,
Italy. Vào thời điểm đó các sinh viên sử dụng một "BASIC Stamp" (con tem Cơ
Bản) có giá khoảng $100, xem như giá dành cho sinh viên. Massimo Banzi,



Arduino bao gồm
một vi điều khiển
AVR với nhiều linh
kiện bổ sung giúp
dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác. Một khía cạnh quan trọng của
Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối với CPU của
board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi là shield. Vài
shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua các chân khách nhau, nhưng
nhiều shield được định địa chỉ thông qua serial bus I²C-nhiều shield có thể được xếp
chồng và sử dụng dưới dạng song song. Arduino chính thức thường sử dụng các dòng
chip megaAVR, đặc biệt là ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, và
ATmega2560. Một vài các bộ vi xử lý khác cũng được sử dụng bởi các mạch Aquino
tương thích. Hầu hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và một thạch anh
dao động 16 MHz (hoặc bộ cộng hưởng ceramic trong một vài biến thể), mặc dù một
vài thiết kế như LilyPad chạy tại 8 MHz và bỏ qua bộ điều chỉnh điện áp onboard do
hạn chế về kích cỡ thiết bị. Một vi điều khiển Arduino cũng có thể được lập trình sẵn
với một boot loader cho phép đơn giản là upload chương trình vào bộ nhớ flash onchip, so với các thiết bị khác thường phải cần một bộ nạp bên ngoài. Điều này giúp
cho việc sử dụng Arduino được trực tiếp hơn bằng cách cho phép sử dụng 1 máy tính
gốc như là một bộ nạp chương trình.
- Theo nguyên tắc, khi sử dụng ngăn xếp phần mềm Arduino, tất cả các board được
lập trình thông qua một kết nối RS-232, nhưng cách thức thực hiện lại tùy thuộc vào
đời phần cứng. Các board Serial Arduino có chứa một mạch chuyển đổi giữa RS232
15


sang TTL. Các board Arduino hiện tại được lập trình thông qua cổng USB, thực hiện
thông qua chip chuyển đổi USB-to-serial như là FTDI FT232. Vài biến thể, như
Arduino Mini và Boarduino không chính thức, sử dụng một board adapter hoặc cáp

Atmega2560

Điện áp hoạt động

5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động

16 MHz

Dòng tiêu thụ

khoảng 30mA

Điện áp vào khuyên dùng

7-15V DC

Điện áp vào giới hạn

6-20V DC

Số chân Digital I/O

54 (15 chân hardware PWM)

Số chân Analog

16


Hình 2.4: Ứng Dụng Arduino Trong Cuộc Sống
-

Với sự tiện ích vô cùng lớn của Arduino Mega 2560, mạnh mẽ với bộ nhớ flash
lớn, số chân nhiều hơn và cùng số lượng shield hỗ trợ không hề nhỏ. Arduino
Mega đã được đưa vào các dự án lớn hơn như xử lý thông tin nhiều luồng, điều
khiền nhiều động cơ, xe điều khiển từ xa, LED cube hay còn mở rộng cánh cửa
với thế giới .
Môi trường lập trình cho arduino:

•

-

Arduino là môi trường phát triển tích hợp mã nguồn mở, cho phép người dùng
dễ dàng viết code và tải nó lên bo mạch. Môi trường phát triển được viết bằng
Java dựa trên ngôn ngữ lập trình xử lý và phần mềm mã nguồn mở khác. Phần
mềm này có thể được sử dụng với bất kỳ bo mạch Arduino nào. Nó được gọi là

-

ARDUINO IDE
Kể từ tháng 3 năm 2015, Arduino IDE (Integrated Development Editor - môi
trường phát triển tích hợp) đã được tải xuống hơn 8 triệu lần. Hiện tại, nó không
19


chỉ được sử dụng cho các bo mạch Arduino và Genuido mà còn được hàng trăm
công ty trên thế giới sử dụng để lập trình thiết bị của họ, bao gồm những thiết bị
tương đương, bản sao và thậm chí cả hàng giả.

21


2.2.4 Servo:

Hình 2.7: Servo Tower Pro 9g phổ biến và bên trong của servo
- Servo là một dạng động cơ điện đặc biệt sử dụng nguồn điện 5V. Không giống
như động cơ thông thường cứ cắm điện vào là quay liên tục, servo chỉ quay khi được
điều khiển (bằng xung ppm) với góc quay nằm trong khoảng bất kì từ 0 o - 180o. Mỗi
loại servo có kích thước, khối lượng và cấu tạo khác nhau.
- Động cơ servo được thiết kế những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của
động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ
được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động
quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong
muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác.
Các động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô tuyến được gọi là động cơ servo RC
(radio-controlled). Trong thực tế, bản thân động cơ servo không phải được điều khiển
bằng vô tuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyến trên máy bay hay xe hơi. Động cơ
servo nhận tín hiệu từ máy thu này.

22


2.2.5 Động cơ Điện Một Chiều – DC:

Hình 2.8: Một số động cơ điện một chiều hay gặp
•

Điện áp định mức: 12V.
Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của động cơ điện một chiều:


Các trị số định mức:
+ Chế độ làm việc định mức của động cơ điện một chiều là chế độ làm việc
trong những điều kiện mà nhà chế tạo đã quy định. Chế độ đó được đặc trưng
bằng những đại lượng ghi tên mãn máy hay còn được gọi là đại lượng định mức.
+ Công suất định mức: Pđm (KW hay W).
+ Điện áp định mức: Uđm (V).
+ Dòng điện định mức: Iđm (A).
+ Tốc độ định mức: nđm(vòng/phút).

•

Động cơ DC giảm tốc:
+ Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỉ số
truyền không đổi và được dùng để giảm vận tốc góc và tăng mômen xoắn
và là bộ máy trung gian giữa động cơ điện với bộ phận làm việc của máy
công

tắc.

+ Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỉ số
truyền không đổi, thường đi kèm với động cơ máy khuấy, có 2 tác dụng
chính:
+ Giảm tốc: Vì động cơ (theo chuẩn quốc tế) thường có tốc độ cao, trong

24


khi nhu cầu sử dụng thực tế (tốc độ đầu ra) lại thấp, cho nên sẽ cần tới hộp
giảm tốc để điều chỉnh vòng quay để được tốc độ như ý.