Cuộc thi khoa học kĩ thật cấp quốc gia dành cho học sinh trung học năm học 2014-2015 Tên dự án: Robot tiện ích

CUỘC THI KHOA HỌC KĨ THẬT CẤP QUỐC GIA DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC NĂM HỌC 2014-2015
ĐƠN VỊ: TRƯỜNG THPT CHUYÊN NGUYỄN TRÃI
TỈNH: HẢI DƯƠNG
TÊN DỰ ÁN: ROBOT TIỆN ÍCH
Lĩnh vực dự thi: Kỹ thuật điện và cơ khí
T¸c gi¶: Phạm Lê Việt Anh
Trường THPT chuyên Nguyễn Trãi, tỉnh Hải Dương
Hải dương: ..../..../2014
TÓM TẮT
Kính gửi: Ban Tổ chức Cuộc thi Khoa học kỹ thuật
 cấp Quốc gia dành cho học sinh trung học năm 2015
Tên em là: Phạm Lê Việt Anh
Học sinh lớp: 12 Chuyên sinh - Trường THPT chuyên Nguyễn Trãi, tỉnh Hải Dương
Em xin được trình bày tóm tắt về Dự án và sản phẩm của mình như sau:
1. Cấu tạo:
- 3 bánh xe cỡ to, thân (nhựa, ô tô đồ chơi vứt đi)
- Mạch điều khiển, 4 mortor (3 bé, 1 lớn), đèn pha
- Giá đỡ (que sắt), lon bia, lô quấn tóc, pin 9V, pin mini.
2. Công dụng:
- Dùng để lau nhà, hút bụi bẩn, dò tìm chìa khoá và các vật dụng kim loại khác
3. Cách điều khiển:
- Người dùng có thể điều khiển bảng mạch (điều khiển) để di chuyển con robot theo ý muốn của mình.
- Người dùng có thể điều chỉnh giới hạn tính năng hoạt động của con robot: chỉ hút bụi, chỉ lau nhà; vừa lau nhà vừ hút bụi qua: khe bật tắt và thanh kẹp rẻ lau. Quan sát và dò tìm chìa khoá đánh rơi ở các góc khuất mà bằng mắt thường rất khó quan sát.
- Ngoài ra chủ robot còn lắp thêm khe đặt điện thoại (các loại) lên đầu thân robot để khi điện thoại dùng tính năng apple hoặc android... kết nối với máy tính, để người dùng có thể quan sát qua màn hình máy tính mà không cần nhìn trực tiếp (camera).
MỤC LỤC
STT
Nội dung
Trang
1
Tên dự án
2
Tóm tắt dự án
3
Mục lục
4
Câu hỏi nghiên cứu và giả thuyết khoa học
5
Báo cáo tổng quan
6
Danh mục vật tư và thiết bị
7
Trình tự thí nghiệm
8
Phân tích dữ liệu và thảo luận
9
Kết luận
10
Hướng phát triển của dự án
11
Lời cảm ơn
12
Tài liệu tham khảo
CÂU HỎI NGHIÊN CỨU VÀ GIẢ THUYẾT KHOA HỌC
Liệu có thể chế tạo một robot tiện ích vừa lau nhà, vừa hút bụi từ các vật dụng đơn giản, gần gũi hay không?
BÁO CÁO TỔNG QUAN
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại máy lau nhà và hút bụi:
Máy lau nhà: 
Máy hút bụi:
Máy vừa lau nhà vừa hút bụi (2 trong 1)
Là một HS lớp 12 bộn bề với công việc học tập lại thấy mẹ rất bận rộn với công việc nội trợ em rất mong muốn chế tạo ra một chiếc máy đa năng lại điều khiển được từ xa để giảm nhẹ gánh nặng cho mẹ yêu quí của mình. Sau một thời gian nghiên cứu học hỏi em đã chế tạo ra một robot vơí những ưu nhược điểm sau:
Ưu điểm:
- Tiện ích, lau nhà, hút bụi; tìm chìa khoá
- Tạo hứng thú cho người sử dụng.
Nhược điểm:
- Do hầu hết các bộ phận làm bằng nhựa, phế thải, đồ chơi cũ nên kém bền.
- Hút bụi hoạt động không được mạnh (không hút được vật nặng).
- Phần rẽ sẽ khó khăn cho robot. 
DANH MỤC VẬT TƯ THIẾT BỊ
- 2 cục pin 9V, 1 cục cho nam châm điện, 1 cục cho bảng điều khiển (2 công tắc + 1 bảng di chuyển).
- Sạc đủ điện cho pin sạc của động cơ di chuyển và động cơ hút bụi.
- Một chút nước làm ẩm quả lô lau nhà.
- Chiếc điện thoại android đã sạc đủ điện.
- 1 chiếc laptop và mạng WIFI để khi điện thoại Android và laptop dùng chung 1 mạng, chúng sẽ kết nối với nhau.
- Một số dụng cụ hỗ trợ chỉnh sửa khi robot trục trặc (tua vít, động cơ phòng bị.).
Ý TƯỞNG SÁNG TẠO
1. Sơ đồ cấu tạo
BỆ+ ĐỘNG CƠ + BÁNH XE + BỘ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA Ô TÔ ĐỒ CHƠI
(TẬN DỤNG TỪ Ô TÔ HỎNG)
Chiếc Thân robot được làm từ Thân ôtô đồ chơi điều khiển từ xa + mạch điều khiển từ xa + động cơ (đã loại bỏ phần nắp). Đây là phần khá quan trọng giúp cho robot có thể di chuyển được trong tầm phủ sóng của bảng điều khiển từ xa.Về chất liệu thì bệ được làm bằng nhựa bền. 
BỘ PHẬN THU GOM RÁC ĐƯỢC LẮP THÊM
Vỏ bộ hút rác 
Động cơ hút rác
Bộ điều khiển từ xa cho động cơ hút rác và đèn trang trí
4- Đèn trang trí
Phần này là phần làm nên con robot và chức năng của nó, phần này được thiết kế khá phức tạp, phần vỏ được làm từ lon bia đã được khoét rỗng đầu lon và gần thân lon ở phía trên được thiết kế lỗ thông gió 1 chiều để khi bụi hút vào sẽ đi qua ống đó, chiếc lon được gắn thiết bị điều khiển từ xa gắn với động cơ cánh quạt để hút khí + bụi và ngoài ra có một số đèn LED trang trí.
1
2
3
4
BỘ PHẬN THU GOM RÁC ĐƯỢC LẮP THÊM
5-Thùng chứa rác
6- Giá đỡ cho thùng chứa rác
Khi bụi được hút thì đương nhiên phải có cái để đựng bụi nên thùng chứa rác là một bộ phận không thể thiếu đối với bộ hút rác hoàn chỉnh, thùng chứa rác được làm từ vỏ chai nhựa cỡ vừa. Giá đỡ thùng chứa rác được thiết kế để đỡ cho thùng chứa rác giúp nó không bị văng vật hay lung lay mà vẫn đảm bảo giữ chắc để rác có thể đi vào một cách dễ dàng
5
6
CAMERA GIÁM SÁT ĐƯỢC LẮP THÊM
7- CAMERA ( tận dụng của điện thoại di động) Có liên kết với nhà mạng theo ứng dụng: Android
Đã có lúc bạn đã nghĩ tới việc biến chiếc điện thoại của mình thành một camera an ninh theo dõi mọi diễn biến của một phòng khác trong nhà? IP Webcam có thể biến điều đó thành sự thật. Bạn có thể thiết lập chất lượng hình ảnh, độ lớn của khung hình, hay cả tài khoản và mật khẩu nếu muốn xem hình ảnh được truyền từ camera của mình. Điều tuyệt vời hơn cả là bạn không cần một trình chiếu đặc biệt trên máy tính của mình để xem, bạn chỉ cần sử dụng trình duyệt như Firefox hoặc Chrome với liên kết được IP Webcam cung cấp.Và tôi đã áp dụng nó thành công vào máy điện thoại SAMSUNG đời cũ dùng hệ điều hành Android (do chỉ có hệ điều hành này mới dùng được phần mềm).
7
HỆ THỐNG LAU NHÀ ĐƯỢC LẮP THÊM
8- Quả lô lau nhà
9- Hệ thống đòn bẩy điều khiển quả lô (có điều khiển từ xa tận dụng từ một bộ điều khiển từ xa thứ hai, tận dụng từ đồ chơi hỏng)
Được thiết kế tinh vi với sự kết hợp quả lô lau nhà được gắn với thanh đỡ, với sự tác động của đòn bẩy giúp cho quả lô lau nhà có thể nhấc lên (lúc không cần) và cụp xuống đất (lúc cần), muốn hệ thống đòn bảy được hoạt động thì phải có lực tác động lên nó đó chính là nam châm điện kết nối với mạch điều khiển từ xa cùng với pin 9V, khi bật công tắc mạch điều khiển sẽ kích hoạt nam châm điện 9V khiến đòn bẩy hoạt động, từ đó đã làm nên một cây lau nhà thông minh giúp lau sạch nhà.
8
9
2. Nguyên lí hoạt động
- Ta có bảng mạch điều khiển gồm 2 công tắc điều khiển ống hút bụi và hệ thống lau nhà và hệ thống điều khiển để con robot di chuyển. Ngoài ra còn có một hệ thống rất thú vị đó là camera quan sát giúp cho người điều khiển robot có thể nhìn vào màn hình máy tính mà không cần nhìn trực tiếp.
- Khi ta bật công tắc 1 lên ống hút khí sẽ hoạt động tạo áp suất giúp hút các bụi bẩn theo, sau đó ta kết hợp với sự điều khiển từ xa giúp robot di chuyển tới vị trí cần đến để hút bụi. Ngoài ra nhờ có sự cải tiến camera quan sát thì mọi chuyện trở nên thú vị hơn ta bật Phần mềm IP WEBCAM giúp máy tính kết nối với camera điện thoại và gắn chiếc điện thoại rẻ tiền này trên con robot và từ đó ta chỉ việc ngồi một chỗ hướng mắt lên màn hình máy tính và điều khiển nó thôi.
- Ngoài ra còn có một tính năng nổi trội hơn nữa đó là hệ thống lau nhà thông minh được gắn đằng trước con robot, khi ta bật công tắc thì chiếc nam châm điện 9V sẽ tác động đòn bẩy làm cho quả lô cụp xuống đất (ta có thể làm ẩm quả lô để lau nhà sạch hơn), sau đó ta điều khiển cho con robot chạy để lau nhà, nếu ta không muốn lau thì lại tắt công tắc đi.
- Nguyên lí hoạt động của con robot này khá đơn giản mà lại có nhiều chức năng thú vị sẽ khiến cho nhiều người điều khiển nó thấy hay, dễ điều khiển nó.
3. Thực nghiệm
1. Hút bụi: Cho con robot chạy quanh vài vòng sau đó bắt đầu bật công tắc 1 (hút bụi) và di chuyển tiếp.
2. Lau nhà: Tiếp tục cho con robot chạy nhưng lần này tắt công tắc 1 đi và bật công tắc 2 (lau nhà) và cho con robot di chuyển để lau nhà.
3. Quan sát thông qua camera:
- Ta bật kết nối mạng WIFI cho máy tính laptop và điện thoại để cho chúng dùng chung 1 mạng.
- Bật phần mềm IP WEBCAM trên điện thoại lên sau đó nhìn địa chỉ IP điện thoại (VD: 192.168.1.5:8080).
- Bật bất cứ trình duyệt nào mà bạn muốn (google chrome, mobile firefox,) và ấn theo đường link:
(http:/192.168.1.5:8080/) và sau đó camera trên điện thoại của bạn sẽ hiển thị trực tiếp trên màn hình máy tính giống như quay video trực tiếp các trận bóng đá vậy.
PHÂN TÍCH DỮ LIỆU VÀ THẢO LUẬN
Thử nghiệm thành công tốt đẹp như mong đợi:
- Lau sạch 85% sàn nhà.
- Hút được hầu hết các bụi bẩn trừ các vật nặng.
- Mang lại trải nghiệm tuyệt vời cho người điều khiển nhờ chiếc camera, nó có cảm giác như chính người ấy đang ngồi trên con robot vậy.
KẾT LUẬN
1. Về khoa học công nghệ:
          Thiết kế thành công Robot có khả năng phối hợp nhịp nhàng tốt khi làm việc và di chuyển, thay đổi được chế độ làm việc tùy theo nhu cầu của người điều khiển, có khả năng thực hiện các động tác tích hợp phức tạp ứng dụng công nghệ xử lý ảnh để nhận biết và di chuyển bám theo các vật thể theo quỹ đạo đặt trước.
2. Tính mới sáng tạo :
   - Xây dựng mô hình cơ khí.
   - Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh vào robot để nhận dạng vật thể.
   - Ứng dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung vào điều khiển động cơ RC servo.
   - Ứng dụng công nghệ điều khiển qua wifi, internet.
3. Khả năng ứng dụng:
     - Robot tiện ích di chuyển với tốc độ cho phép, giữ cân bằng tốt khi đứng cũng như đang di chuyển, đặc biệt Robot tiện ích có thể thay đổi trọng lực ở cả hai chân với hai cánh tay chuyển động đều.
	- Robot tiện ích có thể sử dụng trong lĩnh vực giải trí, có thể giúp đỡ người già tàn tật, giúp đỡ người phụ nữ trong công việc gia đình.
HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA DỰ ÁN
Trong thời gian tới tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu nâng cấp hoàn thiện sản phẩm Robot tiện ích để có thể di chuyển linh hoạt, mềm mại với tốc di chuyển nhanh hơn với độ bám chính xác quỹ đạo đặt trước để đáp ứng với các mục tiêu ứng dụng trong thực tế.
Mô hình cải tiến
LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu, chế tạo, đến nay nhóm nghiên cứu đã hoàn thành sản phẩm và đưa vào ứng dụng. Để hoàn thành được sản phẩm này em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các thầy giáo, cô giáo trong nhà trường đã luôn động viên, gúp đỡ và hướng dẫn chúng em tận tình trong quá trình nghiên cứu để chế tạo ra “Robot tiện ích”. Nhân đây con cảm ơn bố mẹ đã luôn động viên, tạo điều kiện tốt nhất cho con trong suốt quá trình con làm sản phẩm. Em cũng xin cảm ơn các bạn trong nhà trường đã cổ vũ, động viên góp phần tạo thêm động lực cho nhóm nghiên cứu sớm hoàn thành sản phẩm!
TÀI LIỆU THAM KHẢO