THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG THU GOM BÓNG TENNIS (Hà Tuấn Anh) Full

1. Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo thiết bị tự động thu gom bóng tennis.

2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: Số lượng quả bóng chứa được là 70 quả.

Khối lượng xe: 8 – 9kg.

Vật liệu xe là nhôm định hình, nhựa.

3. Nội dung của đồ án:

I. Giới thiệu

II. Tài liệu tổng quan

III. Thiết kế và thi công

IV. Kết quả và thực nghiệm

V. Kết luận

4. Sản phẩm: Mô hình hệ thống

Quần vợt là một trò chơi thể thao năng động yêu cầu người chơi đánh bóng sang sân của đối phương để ghi điểm. Một cuộc khảo sát đã được thực hiện trên một số người chơi quần vợt ngồi trên xe lăn. Họ thường cảm thấy khó khăn khi tiến hành luyện tập mộ mình. Nhiều người trong số họ cảm thấy thật lãng phí sức lực khi di chuyển quanh sân tennis để nhặt bóng trong các buổi tập. Việc người chơi tennis ngồi xe lăn nhặt bóng cũng rất khó khăn. Vì thế nhóm đã nghiên cứu và chế tạo robot có chức năng như một trợ lý thu thập các quả bóng tennis cho người chơi quần vợt khi cần thiết.

Mục tiêu của dự án này là thiết kế và phát triển một hệ thống nhận dạng quả bóng tennis. Bên cạnh đó, có thể xác định được hình dạng bóng và vị trí của chúng một cách chính xác và nhanh chóng. Trong hệ thống nhận dạng bóng, nhóm đã đề xuất một kỹ thuật nhận dạng màu sắc để tách các quả bóng tennis ra khỏi nền. Ngoài ra, các thuộc tính vùng như diện tích, độ lệch tâm và thuộc tính giới hạn của quả bóng quần vợt được phát hiện để phân biệt quả bóng quần vợt với nền và các vật thể tương tự khác. Vị trí của quả bóng tennis được phát hiện bằng cách xác định tâm và từ tỷ lệ pixel hình ảnh với khoảng cách thực tế. Phương pháp này đã được thực hiện thành công để nhận biết sự hiện diện và vị trí của các quả bóng quần vợt đối với robot. Hệ thống này được tích hợp cùng với hệ thống thu thập bóng tennis gồm hệ thống máy phóng bóng và hệ thống điều hướng robot để hoàn thành các nhiệm vụ cuối cùng của nó.

Kết quả là nhóm đã nghiên cứu và chế tạo thành công robot hỗ trợ thu thập bóng tennis thông qua 3 chức năng: nhận dạng được quả bóng bằng camera, điều khiển robot đến quả bóng và thu gom quả bóng bằng hệ thống phóng bóng.

Bài báo cáo được xây dựng với 5 chương chính. Cụ thể:

Chương 1: GIỚI THIỆU

Chương 2: TÀI LIỆU TỔNG QUAN

Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM

Chương 5: KẾT LUẬN

NỘI DUNG:

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU..............................................................................................1

1.1. Động lực nghiên cứu................................................................................................ 1

1.2. Yêu cầu đối với thiết bị............................................................................................ 2

1.2.1. Yêu cầu đầu vào................................................................................................. 2

1.2.2. Yêu cầu đầu ra....................................................................................................2

1.3. Cách làm việc trước đây...........................................................................................2

CHƯƠNG 2: TÀI LIỆU TỔNG QUAN......................................................................... 7

2.1. Phân tích cơ học........................................................................................................8

2.1.1. Cơ chế nhặt bóng................................................................................................8

2.1.1.1. Phương pháp mái chèo...............................................................................8

2.1.1.2. Phương pháp Velcro.................................................................................. 9

2.1.1.3. Bánh xe thu thập bóng............................................................................... 9

2.1.1.4. Tomohopper.............................................................................................10

2.1.1.5. Chọn cơ chế............................................................................................. 10

2.1.2. Mô tả cơ chế.....................................................................................................11

2.2. Phân tích phần mềm............................................................................................... 11

2.2.1. Hoạt động của robot phóng và thu gom bóng tennis tự động......................... 11

2.2.2. Sơ đồ khối hệ thống......................................................................................... 12

2.2.3. Lựa chọn thuộc tính và thông số......................................................................13

2.2.4. Kĩ thuật xử lý hình ảnh.....................................................................................13

2.2.4.1. Bộ lọc hình ảnh........................................................................................13

2.2.4.2. Phát hiện cạnh..........................................................................................13

2.2.5. Nhận dạng đối tượng........................................................................................14

2.2.6. Định vị vị trí đối tượng.................................................................................... 15

2.2.7. Hệ thống thu nhận hình ảnh.............................................................................15

2.2.8. Đặt ngưỡng hình ảnh........................................................................................15

2.2.9. Tìm thuộc tính vùng của đối tượng..................................................................15

2.2.10. Tổng quan về chương trình............................................................................15

2.3. Mô tả thành phần.................................................................................................... 16

2.3.1. Vỏ..................................................................................................................... 16

2.3.2. Động cơ DC Servo........................................................................................... 17

2.3.3. Máy ảnh Raspberry Pi......................................................................................18

2.3.4. Ắc quy axit-chì.................................................................................................19

2.3.5. Arduino Mega.................................................................................................. 18

2.3.6. Raspberry Pi 3.................................................................................................. 19

2.3.7. Mạch điều khiển động cơ Servo 200W........................................................... 20

2.3.8. Mạch giảm áp DC – DC Buck 5V 3A Dual Charge Module..........................21

2.3.9. Động cơ phóng bóng........................................................................................24

2.3.10. Mạch điều khiển động cơ...............................................................................25

2.3.11. Bánh xe đa hướng.......................................................................................... 24

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG...................................................................26

3.1. Sơ đồ khối...............................................................................................................26

3.1.1. Danh sách khối.................................................................................................26

3.1.2. Sơ đồ khối.........................................................................................................28

3.2. Mô tả vận hành....................................................................................................... 28

3.3. Thiết kế phần cứng................................................................................................. 29

3.3.1. Tính toán và lựa chọn.......................................................................................29

3.3.1.1. Lực và công suất...................................................................................... 29

3.3.1.2. Tính toán và lựa chọn động cơ DC Servo...............................................30

3.3.1.3. Tính toán và lựa chọn động cơ phóng bóng............................................31

3.3.2. Bản vẽ nháp......................................................................................................32

3.3.3. Bản vẽ CAD..................................................................................................... 33

3.3.3.1. Thiết kế hệ thống truyền động.................................................................34

3.3.3.2. Thiết kế định hướng và thu gom bóng tennis..........................................35

3.3.4. Danh sách bộ phận........................................................................................... 36

3.3.5. Thi công............................................................................................................39

3.4. Thiết kế hệ thống điện............................................................................................ 45

3.4.1. Sơ đồ khối ........................................................................................................45

3.4.2. Bản vẽ điện.......................................................................................................46

3.5. Thiết kế điều khiển................................................................................................. 47

3.5.1. Lưu đồ.............................................................................................................. 47

3.5.2. Giải thích lưu đồ...............................................................................................47

3.5.3. Mô hình động học của hệ thống.......................................................................48

3.5.4. Xử lý hình ảnh..................................................................................................50

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM.......................................................... 52

4.1. Kiểm nghiệm thiết kế............................................................................................. 52

4.1.1. Khảo sát nhu cầu.............................................................................................. 52

4.1.2. Số liệu...............................................................................................................53

4.1.3. Mối liên hệ giữa nhu cầu và số liệu.................................................................54

4.1.4. Thông số kĩ thuật của máy...............................................................................56

4.1.5. Kiểm nghiệm độ bền........................................................................................ 56

4.1.5.1. Kiểm nghiệm độ bền trục động cơ Servo................................................56

4.1.5.2. Kiểm nghiệm độ bền trục động cơ phóng bóng......................................57

4.1.6. Phương pháp thực nghiệm............................................................................... 58

4.2. Thực nghiệm...........................................................................................................59

4.2.1. Kiểm tra tĩnh.....................................................................................................60

4.2.1.1. Thiết kế cơ khí......................................................................................... 60

4.2.1.2. Thiết kế điện............................................................................................ 60

4.2.2. Kiểm tra động:..................................................................................................61

4.2.2.1. Kiểm tra toàn khối................................................................................... 61

4.2.2.2. Kiểm tra chức năng..................................................................................67

4.2.2.3. Kiểm tra lúc không tải............................................................................. 73

4.2.2.4. Kiểm tra toàn bộ tải................................................................................. 74

4.3. Phân tích..................................................................................................................75

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN.............................................................................................. 77

5.1. Kết quả đạt được.....................................................................................................77

5.2. Các vấn đề cần quan tâm........................................................................................78

5.3. Các lĩnh vực nghiên cứu thêm................................................................................78

TÀI LIỆU THAM KHẢO...

LINK 1 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 2 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 3 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 4 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK DOWNLOAD (TÀI LIỆU VIP MEMBER)