Đồ án tốt nghiệp

Đề Tài:

Sáng tạo Robot

LỜI NÓI ĐẦUCùng với sự phát triển của xã hội loài người, các ngành khoa học - kỹ thuật không

ngừng đi đến những thành công mới. Nhiều công trình khoa học, những phát minh của

các nhà khoa học đã đi vào cuộc sống, phục vụ lợi ích của con người. Ngày nay Robot

được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, thay thế cho các hoạt động của

con người trong các môi trường độc hại, nguy hiểm.

Với lòng hăng say va niềm khát khao khám phà của tuổi trẻ đội “TĐH-K4” chúng

em đã tìm hiểu, nghiên cứu và chế tạo thành công bộ robot đầu tiên của mình để tham

gia cuộc thi sang tạo ROBOT Việt Nam 2010.

Được sự quan tâm, tạo điều kiện của lãnh đạo nhà trường, Ban tổ chức Robocon

2010, cùng toan thể các thầy cô giáo trong bộ môn Cơ Điện Tử. Nhóm chúng em đã

được giao đề tài này làm đề tài tốt nghiệp . Nội dung chi tiết sẽ được trình bày trong báo

cáo này với các phần chính sau:

Phần I : Giới thiệu về đề tài.

Phần II: Ý tưởng và phương án chế tạo robot.

Phần III: Tính toán thiết kế robot tự động vùng 2.

Phần IV: Lập trình điều khiển.

Phần V: Kết luận, kiến nghị.

Phần VI : Phụ lục.

Lần đầu tiên tham gia chế tạo robot nhóm chúng em gặp rất nhiều khó khăn , trở ngại nhưng do sự nỗ lực, đồng lòng của cả nhóm và dưới hướng dẫn tận tình của các chỉ đạo viên. Nhóm chúng em cũng hoàn thành tốt hai bộ robot đầu tiên của mình để tham gia thi đấu.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

Hưng Yên, ngày 23 tháng 08 năm 2010.

Giáo viên hướng dẫn

Hoàng Quốc Tuân

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

..............................................................................................................................................

Hưng Yên, ngày 23 tháng 08 năm 2010.

Giáo viên phản biện

Hình 1.2: Robot trong y học. ............................................................................................ 8

Đó là những gì chúng ta được chứng kiến về sự phát triển của thế giới, nhưng chúng ta cũng cần biết rằng Việt Nam cũng có những con robot vô cùng thông minh. Đã đưa vị thế của Hình 1.4: Robot người nhân tạo. .................................................... 9

Hình 1.5: Kích thước các khối quà. ................................................................................ 10

2.1.TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN LẮP RÁP ROBOT. .......................................... 15

Loại nhôm được sử dụng làm đế robot là loại nhôm ống hình chữ nhật có kích thước 50×25mm. ................................................................................................................... 16

Sản xuất theo tiêu chuẩn Nhật Bản JIS: 2 tầng bi, càng dày 1.2mm có thể đáp ứng tốt tải trọng 50kg. Chất liệu cao su đặc chịu mài mòn, chống ồn và bảo vệ mặt sàn. Thích hợp dùng cho hệ thống tủ kính trưng bày, nhu hình 2.34:Bánh tự lựa 33

2.2.BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC TAY MÁY CỦA ROBOT. ........................................ 36

2.2.2.Phương trình động học ngược : ......................................................................... 38

Hình 2.40: Nhôm tấm dùng để bắt động cơ. .................................................................. 40

PHẦN 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ............................................................................... 49

Hình 3.1: sơ đồ khối mạch điều khiển. ........................................................................... 50

Hình 3.37: các loại cảm biến quang thong dụng. ........................................................... 71

Hình 3.46: Sơ đồ nguyên lý các khối dao động, nạp, Reset. ......................................... 84

Hình 3.51. Sơ đồ chân của TIP 2955. ............................................................................. 88

Bảng 3.8: Bảng thông số của TIP 2955 .......................................................................... 89

3.6: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH ROBOT. .................................................. 92

Hình 3.54: Mạch sơ đồ nguyên lý .................................................................................. 93

4.3. PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ NHIỄU ........................................................................ 110

PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 114

5.1. KẾT LUẬN ....................................................................................................... 114

5.2. KIẾN NGHỊ. ...................................................................................................... 114

PHẦN 6: PHỤ LỤC ..................................................................................................... 115

6.1. DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ ............................................................ 115

MỤC LỤC HÌNH ......................................................................................................... 115

MỤC LỤC BẢNG: ....................................................................................................... 116

6.2. TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 117

1.1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT.

1.1.1.Lịch sử ra đời.

Robot đã và đang xuất hiện trong cuộc sống của chúng ta từ lâu và ngày càng trở

thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại. Chúng đã góp phần mình vào

công cuộc lao động, chính robot đang làm nên một cuộc cách mạng về lao động, khoa

học, và đang phục vụ đắc lực cho các ngành khoa học như: khoa học quân sự, khoa học

giáo dục, các ngành dịch vụ, giải trí, v.v...

Vậy robot xuất hiện từ khi nào?

Năm 1921 nhà soạn kịch Karel Capek người Tiệp Khắc đã đưa lên sân khấu vở

kịch có tiêu đề “Romands Univesal Robot”. Theo tiếng Séc “Robot” nghĩa là “Người

tạp dịch”. Có thể nói đây là một gợi ý, một ý tưởng ban đầu về những cỗ máy có khả

năng thao tác như con người. Đến trước chiến tranh thế giới lần thứ hai nhu cầu sử dụng

những máy móc có khả năng thay thế con người ở những môi trường làm việc độc hại

đã trở thành một nhu cầu cấp thiết.

Ban đầu cơ cấu máy này hoạt động giống như tay máy của người vận hành. Cấu

tạo của cơ cấu này bao gồm các thanh và các khớp và hệ thống giây chằng. Người vận

hành điều khiển tay máy thông qua một cơ cấu khuyếch đại cơ khí.

Trong chiến tranh thế giới lần thứ hai (năm 1945), xuất hiện cơ cấu máy được điều

khiển từ xa để cầm nắm chất phóng xạ. Cho đến những năm 1950 cùng với sự ra đời của

kỹ thuật điều khiển chương trình số NC (Number Control) kỹ thuật tay máy lúc này đã

kết hợp được cả kỹ thuật điều khiển xa và điều khiển chương trình số. Sự kết hợp này đã

tạo ra những thế hệ máy điều khiển từ xa có khả năng mềm dẻo, khả năng tự động hoá

cao gọi tên là robot.

Năm 1949, máy phay điều khiển số ra đời phục vụ sản xuất ở Mỹ. Đến năm 1960

George Devol đưa ra mẫu Robot đầu tiên. Năm 1961 cũng tại Mỹ Robot công nghiệp

(IR: Industrial Robot) đầu tiên đưa ra thị trường: Robot Unimat 1990 (Do trường đại

học MIT chế tạo) đây là Robot phản hồi lực nó được ứng dụng vào công nghiệp sản

xuất ô tô.

Theo con số thống kê thì đến năm 1990 toàn thế giới đã triển khai và ứng dụng

khoảng 300.000 IR. Do sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật Vi xử lý và Tin học mà số

lượng IR tăng nhanh chóng và tính năng cũng có nhiều bước đột phá, giá thành trên một

đơn vị IR giảm dần.

Đó là về lịch sử, còn ngày nay, robot đã có mặt ở khắp nơi, ngay cả trong gia đình

chúng ta, chúng ta cùng điểm qua những con robot mà cả thế giới biết đến:

1.1.2.Robot trong đời sống và sản xuất.

1.1.2.1. Murataboy, vận động viên đua xe đạp không biết đến “đo đất”

Hình 1.1.Robot đi xe đạp

.

Với chiều cao chỉ với 50cm, chú robot mang “quốc tịch” Nhật này được coi là

“vua” giữ thăng bằng. Vì dù là đạp hay đang dừng xe , khí cụ con

quay sẽ luôn giữ cho chú robot này đứng vững. Một số bộ phận đặc biệt khác cho

phép Murataboy xác định được chướng ngại vật trên đường và giảm xóc khi va phải

chướng ngại vật. Murataboy là ví dụ cho loại robot có khả năng di chuyển bằng 2 chân,

đang là một trong những thách thức lớn của việc nghiên cứu và sản xuất robot.

1.1.2.2. Armar, cô giúp việc hiếm có:

Được nghiên cứu tại trường đại học Karlsruhe (Đức), lĩnh vực ưa thích nhất của

cô là vào bếp. Nhờ những cử động của đôi cánh tay giống hệt như người, Armar có khả

năng dọn bàn ăn, cho bát đĩa vào máy rửa bát và sắp xếp thực phẩm. Một chiếc camera

kỹ thuật số cho phép cô giúp việc này nhận diện được người đang ra lệnh và tuân lệnh

khi dò thấy những cử chỉ tay của người ấy.

1.1.2.3. Friend, bạn của những người khuyết tật:

Hình 1.2: Robot trong y học.

Friend là nghiên cứu của các nhà khoa học Đức. Người máy này thực chất có dạng một

chiếc xe lăn với đôi cánh tay giống con người. Thông qua một bộ phận nhận diện giọng

nói, chủ nhân chiếc ghế có thể ra lệnh cho người giúp việc này mở cửa, rót nước. Hệ

thống định vị không gian 3 chiều gắn trên xe cho phép người sử dụng chỉ cần đưa tay chỉ

hướng, robot sẽ tự động tìm ra đường đi tốt nhất.

1.1.2.4. Bác sĩ ngoại khoa:

Hãy tưởng tượng những cánh tay kim loại với những khớp nối chằng chịt mổ xẻ

trên một cơ thể bằng xương bằng thịt. Với nhiều người đó là một cơn ác mộng. Trên

thực tế việc sử dụng người máy thay các bác sĩ phẫu thuật lại đảm bảo độ chính xác và

tỷ lệ thành công cao hơn cho ca mổ. Sự chính xác này cùng với việc giảm thiểu các thiết

bị y khoa giúp đường mổ sắc và gọn hơn đồng thời giúp bệnh nhân đỡ mất nhiều máu.

Ca mổ vẫn sẽ được một bác sĩ phẫu thuật theo dõi trực tiếp thông qua một camera nối

với một cánh tay robot. 2 cánh tay robot còn lại thực hiện những thao tác thành thạo của

một bác sĩ thực thụ. Người máy này xứng đáng là niềm tự hào của các nhà khoa học Mỹ.

1.1.2.5. Asimo, robot giống người nhất:

Asimo lần đầu tiên ra đời năm 1993 tại

Nhật, đặt tên P1, là thành quả nghiên cứu của

tập đoàn Honda. Asimo P1 đã khiến các nước

phương Tây kinh ngạc vì ý tưởng chế tạo một

loại robot giống hệt con người. Tuy vậy mục

đích ban đầu của Honda chỉ là nghiên cứu một

người máy phục vụ các nhu cầu của chúng ta.

Ngày nay, cả 2 ý tưởng này, robot giống người

và đáp ứng nhu cầu của con người đã trở thành

tiêu chí chung trong nghiên cứu Asimo.

Hình 1.3: Robot asimo.

1.1.2.6. Robot viễn tưởng:

Được trang bị hệ thống nhận dạng giọng

nói, có khả năng ngôn ngữ và diễn đạt, Mỹ đã

giới thiệu một người máy là bản sao của Philipe

K.Dick, tác giả của nhiều truyện viễn tưởng nổi

tiếng, mất năm 1982.

Đó là những gì chúng ta được chứng kiến về sự phát triển của thế giới, nhưng chúng ta cũng cần biết rằng Việt Nam cũng có những con robot vô cùng thông minh. Đã đưa vị thế của Hình 1.4: Robot người nhân tạo.

Việt Nam lên 1 tầm cao mới.

Và chú robot này chính là robot TOPIO :

Từ ngày 5 - 10/2/2009, chú robot “made in Vietnam” Topio 2.0 do Công ty Cổ phần

Robot TOSY (TOSY Robotics JSC) nghiên cứu và chế tạo đã tham gia triển lãm lớn

nhất thế giới về đồ chơi lần thứ 60 tại Đức.

1.2. NHỮNG YÊU CẦU VÀ GIẢI PHÁP THỰC HIỆN THIẾT KẾ ROBOT.

1.2.1.Những yêu cầu chung của robot:

- Kích thước của robot không vượt quá:

+ Chiều dài và rộng không vượt quá 1m.

+ Chiều cao không được vượt quá 1.5m.

+ Trọng lượng của tổng số robot không được vượt quá 50kg.

- Được phép sử dụng tối đa 2 robot trong vùng Khafraa.

- Robot phải xây theo thứ tự từng tầng một theo quy định:

+ Nếu tầng nào đó chưa xây xong sẽ không được phép xây tầng trên.

+ Quy định xây xong 1 tầng là robot đặt đúng khối cấu kiện vào vị trí không

được vượt quá sai số là 25mm và không được chạm vào khối cấu kiệm(robot phải tách

khỏi khối cấu kiện).

+ Hai robot không được giao tiếp với nhau bằng song radio.

+ Trọng lượng khối cấu kiện là ~7.5gram.

+ Kích thước và hình dáng các khối cấu kiện.

Hình 1.5: Kích thước các khối quà.

1.2 .2.Những giải pháp thực hiện chế tạo Robot.

1.2.2.1.Hướng thực hiện thiết kế:

Để đưa ra được ý tưởng tốt cho cơ khí trước tiên chúng e đi sâu vào nghiên

cứu về chủ đề và luật chơi từ những chi tiết nhỏ nhất và đưa ra những hướng giải

quyết mấu chốt sau:

Do khối cấu kiện lớn với số lượng nhiều nên cần phải sử dụng 2 robot thực

hiện xây tháp.

Do yêu cầu về độ chính xác khi xây dựng là cao với sai số cho phép là

25mm nên chúng e đưa ra nhiệm vụ giêng cho mối robot là:

+ 1 robot sẽ mang 7 khối cấu kiện đến tháp nhưng không yêu cầu độ

chính xác khi xây tháp.

+ 1 robot sẽ mang 1 khối cấu khiện chóp đến tháp với nhiệm vụ là

phối hợp với robot mang 7 cấu kiện để chỉnh sửa các khối vào đúng vị trí và đặt

khối cấu kiện màu vàng với yêu cầu độ chính xác cao.

1.2.2.2. Những giải pháp về thiết kế cơ khí.

Từ những nhiệm vụ trên của các Robot chúng em xin đưa ra những giải pháp cho

việc thiết kế cơ khí như sau:

Với các khối cấu kiện có kích thước và trọng lượng tương đối lớn thì phần đế

của các Robot phải có kết cấu thật vững chắc để có thể di chuyển thật linh hoạt cho dù

phải mang nhiều khối cấu kiện cùng một lúc.

Đối với Robot tự động mang 7 khối cấu kiện xây dựng tầng 1, tầng 2 và tầng 3

của Kim tự tháp, khi xuất phát với yêu cầu Robot không được vượt quá 1m chiều rộng,

1m chiều dài và chiều cao không được quá 1,5m. Đây cũng là một khó khăn không nhỏ

khi thiết kế Robot. Ngoài ra khi chế tạo Robot cũng cần phải chú ý đến trọng lượng của

Robot nên khi thiết kế đòi hỏi phải thiết kế Robot sao cho gọn nhẹ nhưng vẫn phải bảo

đảm được các tính năng của nó.

Trong quá trình xây Kim tự tháp việc đặt các khối cấu kiện đúng vị trí và đảm

bảo sai số cho phép là một yêu cầu rất quan trọng. Điều này đòi hỏi Robot phải có độ

chính xác về cơ khí cao đồng thời các kết cấu phải hết sức đơn giản và độ linh hoạt cao.

Do yêu cầu của đề thi là phải xây dựng từng tầng của kim tự tháp. Khi xây xong

bất kỳ tầng nào thì bộ phận của Robot không được phép trạm vào khối cấu kiện của tầng

đó. Chính vì vậy giải pháp chúng em đưa ra khi thiết kế phần tay mang các khối cấu

kiện của Robot xây dựng tầng 1 và tầng 2 và tầng 3 là dùng động cơ để đẩy các khối cấu

kiện, để khi xây xong thì tay quà sẽ được thu về với thời gian ngắn để tiết kiệm được

thời gian xây dựng Kim tự tháp.

Đối với Robot tự động mang khối cấu kiện chóp của Kim tự tháp Khafraa thì

chúng em đưa ra giải pháp như sau:

o Do số cấu kiện mang theo ít và trọng lượng nhẹ nên robot cần thiết kế

linh hoạt, ít chuyển động để giảm dung sai chuyển động.

o Do chiều cao đề thi là 1.5m nên chúng e tận dụng tối đa về kích thước

đề thi để giảm thiểu các khâu chuyển động, nhưng robot cao lại đòi hỏi

sự linh hoạt và nhẹ nên chúng em đề cao về kết cấu và các hình thức

chợ lực theo các phương.

1.2.3.Những giải pháp thiết kế mạch điện.

Trong Robot, mạch điện có thể ví như mạch máu trong cơ thể con người, nó có tác

dụng liên kết tất cả các phần của Robot lại với nhau thành một thể thống nhất. Mạch

điện sử dụng cho robot phải đảm bảo được các yêu cầu sau:

• Đảm bảo cung cấp đủ công suất cho Robot hoạt động.

• Hoạt động chính xác và ổn định.

• Có tính linh hoạt cao trong việc thay thế và sử dụng.

Để thiết kế được mạch cho Robot chúng ta phải căn cứ vào những đặc điểm, yêu cầu kĩ

thuật, chiến thuật của robot từ đó đi lựa chọn phương án và các phần tử cho mạch.

1.2.3.1.Yêu cầu về động cơ:

Với những nhiệm vụ và những yêu cầu của cuộc thi cùng với những đặc điểm về cơ

khí nói trên chúng em đưa ra yêu cầu về kĩ thuật đối với từng Robot như sau:

Đối với Robot mang 7 khối cấu kiện:

Bảng 1.1: Yêu câu về động cơ đối vớ robot mang 7 cấu kiện

Đối với Robot mang 2 khối cấu kiện:

Số

lượng

ĐC

Công dụng Công suất

(W)

Tốc độ của

ĐC(vòng/phút)

Điện áp và dòng

điện lớn nhất(V/A)

2 ĐC di chuyển ? ? ?

1 ĐC đẩy ? ? ?

Bảng 1.2. Yêu cầu ề động cơ đối vớ robot mang một cấu kiện

1.2.3.2.Các yêu cầu chung về mạch điện cho các Robot.

Dựa vào các đặc điểm kĩ thuật và yêu cầu về kết cấu của các robot chúng ta sẽ lựa

chọn được phương án thiết kế mạch cho các Robot như: Số lượng động cơ, số lượng

cảm biến, số lượng công tắc hành trình, cách bố trí các cổng vào ra của vi điều khiển

cho các thiết bị ngoại vi…phù hợp với các yêu cầu đó và tất nhiên là có cả các phương

án dự phòng cho các vấn đề phát sinh khi cần.

Với các đặc điểm kĩ thuật của các Robot đã trình bày ở trên, ta thấy hai Robot tự

động trên có các yêu cầu về mạch khá giống nhau, do đó ta sẽ thiết kế mạch cho hai

Robot này tương tự như nhau và gọi chung là mạch cho Robot tự động.

Đối với mạch Robot tự động ta cần phải thiết kế sao cho đảm bảo được đầy đủ các

yêu cầu về: công suất, số lượng động cơ, số lượng cảm biến, công tắc hành trình,

Số lượng

ĐC

Công dụng Công suất

(W)

Tốc độ của

ĐC(vòng/phút)

Điện áp và dòng

điện lớn

nhất(V/A)

2 ĐC di chuyển ? ? ?

1 ĐC trượt ngang ? ? ?

1 ĐC nâng ? ? ? 2 ĐC tầng 2 ? ? ? 1 ĐC tầng 3 ? ? ?

Encoder...Như vậy mạch dành cho Robot tự động phải đáp ứng được những yêu cầu

sau:

• Số lượng động cơ có thể điều khiển được tối thiểu là 5 động cơ.

• Đảm bảo cung cấp đủ dòng, áp cho các động cơ hoạt động.

• Có các cổng đầu vào cho:

Cảm biến dò đường.

Công tắc hành trình.

Mạch nạp, nút ấn.

• Mạch hiển thị.

PHẦN 2:THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Sau khi nghiên cứu chủ đề và luật thi Robocon 2010. Với chủ đề và luật thi năm nay là

“Robocon Pharaohs” thì vai trò của các robot tự động và robot bằng tay được phân rõ và

mục tiêu là xây dựng ba Kim tự tháp theo thứ tự với các yêu cầu khác nhau. Đối với

robot tự động xây dựng kim tự tháp Khafraa có vai trò đặc biệt quan trọng nó quyết định

đến kết quả của trận đấu. Chính vì vậy việc chế tạo robot tự động xây dựng kim tự tháp

Khafraa phải cực kỳ linh hoạt trong thiết kế, do đó chúng em chọn phương án thiết kế

hai robot cho khu vực Khafraa: Một robot mang 7 khối cấu kiện và một robot mang hai

khối cấu kiện chóp.

Do các khối cấu kiện của đề thi năm nay có kích thước và khối lượng tương đối

lớn điều này đòi hỏi các kết cấu cơ khí phải vững chắc và linh hoạt đảm bảo yêu cầu của

cuộc thi.

2.1.TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN LẮP RÁP ROBOT.

Cũng giống như tất cả các cuộc thi Robocon của mọi năm thì giải pháp cho phần đế

robot là phần phải tiến hành đầu tiên và quan trọng nhất. Robot có hoạt động tốt

được hay không phụ thuộc rất nhiều vào thiết kế của đế robot. Đế robot là bộ phận chịu

tất cả tải trọng của robot và dùng để lắp những cơ cấu khác của robot. Chính vì vậy

chúng em xin đưa ra một số giải pháp cho phần đế robot tự động như sau:

2.1.1.Kích thước phần đế.

Do kích thước và khối lượng của khối cấu kiện là rất lớn nên chúng em thiết kế phần

đế cho robot tự động mang hai khối cấu kiện theo hình chữ I và có kích thước như sau:

+ Chiều dài của phần đế là : 45 cm.

+ Chiều rộng của đế phía sau là :70 cm .

+ Chiều rộng của đế phía trước là :40 cm.

Kích thước tổng thể của đế robot như sau:

Hình 2.1: Kích thước phần đế robot tự động mang hai khối cấu kiện.

Đối với kích thước tổng thể được cho như trên sẽ giúp cho robot có độ vững chắc

cao ,và có thể di chuyển một cách linh hoạt cho dù nó mang trên mình hai khối cấu kiện

có kích thước lớn.

Đế robot được thiết kế theo hình chữ I với 4 bánh được bố trí tại 4 góc của phần đế

tạo lên sự vững chắc cho robot. Ngoài ra thì đế robot được làm bằng nhôm hộp lên có

khối lượng nhẹ mà vẫn bảo đảm sự vững chắc.

2.1.2. Vật liệu sử dụng làm đế.

Loại nhôm được sử dụng làm đế robot là loại nhôm ống hình chữ nhật có kích

thước 50×25mm.

Hình 2.2: Kích thước của nhôm được sử dụng làm đế.

Hình 2.3: Hình dạng của thanh nhôm dùng làm đế robot.

Loại nhôm này có bán rất nhiều trên thị trường, vì vậy rất tiện lợi khi cần thay thế

hay sửa chữa bộ phận nào đó của robot. Khi sử dụng loại nhôm này để chế tạo robot thì

chúng em nhận thấy khi dựng đứng nhôm để lắp ghép thì sẽ tạo ra độ cứng vững cho đế

robot khi phải chịu tải trọng từ phía trên xuống. Để tạo độ cứng vững cho phần đế chúng

em sử dụng các tấm phíp nhựa và các thanh nhôm hình chữ V để ghép nối chúng với

nhau.Việc ghép nối này đảm bảo độ chắc chắn và có trọng lượng nhẹ hơn so với việc sử

dụng gỗ nhét vào trong ống nhôm.

a.Kiểm tra điều kiện bền đối với thanh a.

Hình 2.4: Biểu đồ mômen.

Cân bằng momen ở A ta có phương trình:

P1. 220 = FB.(137 + 220)

FB = = = 64,71 (N)

Cân bằng lực ta có:

P1 = FA + FB => FA = P1 – FB = 105 – 64,71 = 40,29 (N)

Md = 105. = 8864,7 Nmm.

Thanh nhôm sử dụng trong thiết kế sơ bộ có hình dáng mặt cắt như sau:

Hình 2.5:Kích thước nhôm.

Thành phần của hợp kim nhôm là Al – Mg – Si: Họ AA6xxx cụ thể là loại

AA 6061.

Đặc tính Giá trị Đơn vị

Môđun đàn hồi 6.9e+04 N/mm^2

Hệ số biến dạng ngang 0.33 NA

Khối lượng 2700 kg/m^3

Giới hạn bền 55.149 N/mm^2

Ta có công thức momen chống uốn với tiết diện hình chữ nhật:

Wx =

Theo điều kiện bền ta có: Mo≤ Wx.[σ]

[σ] ≥

Công thức momen chống uốn với tiết diện chữ nhật rỗng là:

Wx = =800 mm3.

[σ] ≥ = = 11,08 N/mm2. [σ]nhôm = 13 N/mm2.

Như vậy là thanh chịu lực trong giới hạn cho phép.

- Hướng dẫn gia công chi tiết:

+ Sử dụng máy cắt 2 thanh nhôm có chiều dài là 600 mm.

Hình 2.6:Kích thước nhôm.

Hình 2.7: Phân tích vật thể thành dạng mạng lưới.

Hình 2.8: Phân tích các điểm chịu lực tác dụng của vật thể.

Hình 2.9: Phân tích các điểm biến dạng.

Nhận xét:

Như phần trên, em đã phân tích lực tác động lên một thanh. Nhưng ở hệ lắp

ghép tiếp theo thì 3 thanh được liên kết với 2 ống thanh Inox. Nên lực tác động lên

mỗi thanh Inox có trị số bằng 3 lần lực tác động tại mỗi gối liên kết B, C ở Hình

2.26.

b.Khảo sát thanh i:

Khảo sát tại điểm A:

= P1.95,5 + P2.146 + P3.196,5 – VB.292 = 0.

VB = = = 11 N.

Xét thanh trong trạng thái cân bằng ta có:

P1 + P2 + P3 – VB – VA = 0

VA = P1 + P2 + P3 – VB = 3.7,34 – 11 = 10,9 N.

Momen tại điểm đi qua P1 là:

Mu1 = VA.95,5 = 10,9.95,5 = 1048,3 Nmm.

Hình 2.10: Biểu đồ lực và momen.

Momen tại điểm P2:

Mu2 = Mu1 + (VA – P2).(165 –114,5)

= 1048,3 + (11 – 7.34).(165 – 114,5) = 1232 Nmm

Momen tại điểm P3:

Mu3 = Mu2 – 3.66.(215,5 - 165)

= 1232 –3,66.(215,5 - 165) = 1047 Nmm.

Ta có [σ] = 65 N/mm2.

Wx = 0,1.D3.(1 – α4) = 0,1.193.(1 – ( )4) = 246,3 mm3.

Xét tại mặt cắt nguy hiểm nhất ta có ĐK:

[σ]≥ = = 5 N/mm2 . => Như vậy thanh thỏa mãn điều kiện bền cho

phép.

Ta có hình ảnh phân tích ứng suất của chi tiết.

Hình 2.11: Phân tích ứng suất.

Hình 2.12: Bản vẽ chi tiết.

c.Khảo sát thanh h:

Khảo sát tại điểm A:

= P1.95,5 + P2.146 + P3.196,5 – VB.292 = 0.

VB = = = 13.06 N.

Xét thanh trong trạng thái cân bằng ta có:

P1 + P2 + P3 – VB – VA = 0

VA = P1 + P2 + P3 – VB = 3.8.7 – 13.05 = 13.07 N.

Momen tại điểm đi qua P1 là:

Mu1 = VA.95,5 = 13.06.95,5 = 1248,2 Nmm.

Momen tại điểm P2:

Mu2 = Mu1 + (VA – P2).(165 –114,5) = 1248,2 + (13.07 – 8,7).(165 – 114,5)

= 1467.4 Nmm

Momen tại điểm P3:

Mu3 = Mu2 – 3.66.(215,5 - 165) = 1467.4 - 4,36.(215,5 - 165) = 1247,2 Nmm.

Ta có [σ] = 65 N/mm2.

Wx = 0,1.D3.(1 – α4) = 0,1.193.(1 – ( )4) = 246,3 mm3.

Xét tại mặt cắt nguy hiểm nhất ta có ĐK:

[σ] ≥ = = 6 N/mm2 . => Như vậy thanh thỏa mãn điều kiện bền

cho phép.

Hình 2.13: Biểu đồ lực và mômen

Hình 2.14: Bản vẽ chi tiết.

Hình ảnh phân tích ứng suất:

Hình 2.15: Phân tích ứng suất.

d.Khảo sát thanh a:

• Xét trường hợp thanh bị uốn:

Ta có: P1 = VBh.Cos45o = 13.Cos45o = 9.2 N.

P2 = VBi.Cos45o = 11.Cos45o = 7,8 N.

Hình 2.16: Biểu đồ lực và momen

Xét cân bằng tại ngàm A:

Ta có: VA = P1 + P2 = 9,2 + 7,8 = 17 N.

Momen uốn tại điểm A: MA = P2.60 + VA.40 = 1148 Nmm.

Ta có công thức momen chống uốn với tiết diện hình chữ nhật:

Wx = =

Theo điều kiện bền ta có: Mo≤ Wx.[σ]

[σ] ≥

Công thức momen chống uốn với tiết diện chữ nhật rỗng là:

Wx = = = 508 mm3.

[σ] ≥ = = 2,25 N/mm2. [σ]nhôm = 13 N/mm2.

Như vậy thanh thỏa mãn điều kiện bền uốn.

Hình 2.17: Phân tích ứng suất.

Hình 2.18: Chia lưới phân tích chi tiết.

Hình 2.19: Phân tích tác động của ứng suất lên chi tiết.

Hình 2.20: Phân tích mức độ biến dạng của chi tiết.

Hình 2.21: Bản vẽ chi tiết.

e.Khảo sát thanh c:

Thanh c được thiết kế dùng để giằng giữa giá đỡ 2 ắc quy và 2 động cơ. Giả

sử trong trường hợp tải trọng lớn nhất là thanh chịu kéo nén với lực kéo là:

+ = 5,4.2 + 8,6.2 = 28 N.

Ta có ứng suất pháp:

 σ  =     N: là lực dọc tại tiết diện đang xét, tìm được theo phương pháp mặt

cắt;

A: Diện tích tiết diện.

Hình 2.22: Mặt cắt nguy hiểm.

Diện tích mặt cắt nguy hiểm là:

A = 22.25 – (20.23 + 2.1.19) = 52 mm2.

σ  =    =    = 0,54 N/mm2 thỏa mãn điều kiện bền.

Vật liệu chi tiết là bằng hợp kim nhôm: Tra bảng 3-1 SBVL ta có:

Modul đàn hồi khi kéo, nén E = 7,0.103 kN/cm2 = 7.104 N/mm2.

Hệ số nở ngang μ = 0,30.

Biến dạng dài dọc trục của một đơn vị chiều dài thanh là:

ε  =   =   = 7,7.10-6 mm.

Biến dạng dài theo phương ngang trên một đơn vị chiều dài là:

ε’ = ­μ.ε  = -0,3.7,7.10-6 = 2,31.10-6 mm.

Giả sử trong điều kiện làm việc nguy hiểm nhất ta xét trong chiều dài L = 19

mm.

Biến dạng của chi tiết trên chiều dài khảo sát là:

∆l = L.ε = 19.7,7.10-6 = 1,46.10-4 mm.

Hình 2.23: Bản vẽ chi tiết.

Khảo sát biến dạng của thanh:

Hình 2.24: Chia lưới phân tích.

Hình 2.25: Ảnh hưởng của lực kéo.

Hình 2.26: Mức độ biến dạng của chi tiết.

f.Khảo sát thanh f:

Trên bản vẽ thiết kế có 3 chi tiết được bố trí song song với nhau => lực tác

động lên mỗi thanh là 1/3.64,71 = 21,6 N. Xét thanh chịu lực kéo nén đúng tâm b =

19 mm.

Ta có ứng suất pháp:

 σ  =        N: là lực dọc tại tiết diện đang xét, tìm được theo phương pháp

mặt cắt;

A: Diện tích tiết diện.

Diện tích mặt cắt nguy hiểm là:A = 25.19 – 23.19 = 38 mm2.

σ  =    =    = 0,57 N/mm2 thỏa mãn điều kiện bền.

Biến dạng dài dọc trục của một đơn vị chiều dài thanh là:

ε  =   =   = 8,14.10-6 mm.

Biến dạng dài theo phương ngang trên một đơn vị chiều dài là:

ε’ = ­μ.ε  = -0,3.8,14.10-6 = 2,44.10-6 mm.

Giả sử trong điều kiện làm việc nguy hiểm nhất ta xét trong chiều dài L = 61

mm.

Biến dạng của chi tiết trên chiều dài khảo sát là:

∆l = L.ε = 61.7,7.10-6 = 4,7.10-4 mm.

Hình 2.27:Kích thước của chi tiết.

Khảo sát biến dạng của thanh:

Hình 2.28:Phân tích lưới chi tiết.

Hình 2.29:Ảnh hưởng của lực kéo.

Hình 2.30:Mức độ biến dạng của chi tiết.

Hình 2.31: Bản vẽ chi tiết.

Khảo sát chi tiết m :

Xét cân bằng tại điểm A ta có phương trình cân bằng momen sau:

= P1.71 + P2.114.5 + P3.215,5 + P4.165 + P5.259 – VB.330

VB = = 46,4 N.

VA =VB = 46,4 N.

Momen tại điểm P1 đi qua là:

Mp1 = VA.71 = 46,4.71 = 3294,4 Nmm.

Momen tại điểm P2 đi qua là:

MP2 = Mp1 + (VA – P1).(114,5 - 71) = 3294,4 + (46,4 - 14).(114,5 - 71)

Mp2 = 4703,8 Nmm

Momen tại điểm P4 đi qua là:

Mp4 = Mp2 + (VA – P1 – P2)(165 – 114,5)

Mp4 = 4703,8 + (46,4 – 14 –21,6)(165 – 114,5) = 5249,2 Nmm.

Ta có [σ] = 65 N/mm2.

Wx = 0,1.D3.(1 – α4) = 0,1.193.(1 – ( )4) = 246,3 mm3.

Xét tại mặt cắt nguy hiểm nhất ta có ĐK:

[σ] ≥ = = 21,3 N/mm2 . => Như vậy thanh thỏa mãn điều kiện bền cho phép.

Hình 2.32:Biểu đồ lực và mômen.

Hình 2.33: Phân tích ứng suất chi tiết.

2.1.3. Thiết kế bánh xe:

a. Bánh xe tự lựa:

Có rất nhiều loại bánh xe trên thị trường dùng để chế tạo robot như :

+ Bánh xe Phong Thạnh Mác Rìu- Cao su đặc.

Tải trọng: 50 - 60 kg.

Kích thước: Ø50, 65, 75 & 100 mm.

Chất liệu: Cao su đặc.

Lắp đặt: Lắp mặt đế hoặc cọc vít.

Sản xuất theo tiêu chuẩn Nhật Bản JIS: 2 tầng bi, càng dày 1.2mm có thể đáp ứng tốt tải trọng 50kg. Chất liệu cao su đặc chịu mài mòn, chống ồn và bảo vệ mặt sàn. Thích hợp dùng cho hệ thống tủ kính trưng bày, nhu hình 2.34:Bánh tự lựa

cầu gia đình (đế chân tủ lạnh, cây cảnh, vv...) hoặc có thể làm xe đẩy dùng trong các lĩnh vực công nghiệp nhẹ.

+Bánh omni : Đây là loại bánh được sản xuất bên Mỹ,có kích thước lớn hơn loại

bánh 4 khía của Việt Nam sản xuất, khả năng chịu tải của nó lớn .

Ưu điểm :Có khả năng di chuyển được theo hai hướng vuông góc của bánh dẫn

hướng omni, bánh Omni có thể giúp robot thực hiện những chuyển động phức tạp khác

nhau hoặc không thể đối với các loại rôbốt di động sử dụng các bánh lái độc lập. Điểm

đặc biệt của Omni là kết hợp hướng di chuyển và chuyển động quay tròn.

Trong thiết kế robot ,để phù hợp với yêu cầu của đề thi, mang chút tính

thẩm mỹ ,mà vẫn đảm bảo được độ cứng vững ,dễ di chuyển bám đường tốt,... Do

đó ta chọn bánh xe omni cho bánh sau của mặt đế . Bánh xe omni giúp di chuyển

một cách ổn định hơn, linh hoạt hơn, mặc dù bánh omni sẽ làm cho cả phần khung

robot bi rung động do kết cấu đặc biệt của bánh nhưng điều này không tác động

đáng kể đến quá trình hoạt động của robot.

b. Bánh omni và bánh sau:

Hình 2.35:Các loại bánh omni.

Trong trường hợp này chúng ta sẽ sử dụng bánh omni như hình vẽ dưới

đây. Đây là loại bánh có bán sẵn trên thị trường, được rất nhiều đội robocon trong

và ngoài nước sử dụng mang lại hiểu quả rất tốt.

Hình 2.36:Bánh omni dùng trong robot.

a. b. c.

Bánh omni có đặc điểm khác biệt với các loại bánh khác là khi đứng yên

hoặc khi chuyển động theo các hướng khác nhau bánh chỉ luôn tiếp xúc điểm với

mặt sàn. Nếu robot đi lên phía trước hoặc lùi lại thì bánh sẽ quay quanh trục quay

chính của bánh, khí robot thực hiện rẽ sang ngang thì bánh sẽ thực hiện đồng thời

2 chuyển động: Chuyển động 1 là bánh sẽ quay quanh trục quay lớn; chuyển động

2 là các bánh hành tinh sẽ tự quay quanh trục riêng của mình. Điều này tạo tạo cho

robot có chuyển động mau lẹ, linh hoạt, dễ thực hiện các chuyển động phức tạp có

độ cua ngoặt cao.

Lựa chọn bánh trước hợp lý sẽ giảm bớt những vấn đề liên quan đến các yếu

tố vật lý.

Hình 2.37: Bánh xe nhôm đúc.

Hình 2.38: Kích thước bánh nhôm.

Ở đây em lựa chọn sử dụng bánh hợp kim nhôm đúc. Đặc điểm nổi bật của

bánh là trọng lượng nhẹ, lớp vỏ bánh được làm bằng silicon nên bám đường rất

tốt, mặt khác trên thân bánh được chế tạo sẵn 2 rãnh dành cho loại đai truyền

động từ động có bán sẵn với đường kính đai là 5. Trong cụm bánh có sẵn 2 ổ bi

được lắp chặt với thân bánh khá thuận tiện cho việc thiết kế và lắp đặt.

2.2.BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC TAY MÁY CỦA ROBOT.

2.2.1.Phương trình động học thuận:

• Phương trình động học thuận là phương

trình biểu diễn quan hệ vị trí và hướng của

robot thông qua các biến khớp, các biến

khớp này là các góc qua của khớp quay và

độ dịch chuyển tịnh tiến đối với khớp tịnh

tiến.

• Căn cứ vào phương trình động học thuận

này khi biết vị trí của các khớp ta có thể xác

Hình 2.39: cánh tay động học định vị trí và hướng của robot

• Căn cứ vào các thông số và hệ toạ độ đã được thiết lập ta có bảng DH của robot

như sau:

Khâu iθ

id

ia

iα

1 1θ l1 0 0

2 ∗2

θ l2 0 °90

3 ∗3

θ l3 0 °−90

Bảng 2.1: Bang DH.

• Xác định ma trận nA :

−−

=

1000

cossin0

sin.sin.coscos.cossin

cos.sin.sincos.sincos

d

a

a

nAαα

θαθαθθθαθαθθ

• Quy ước viết tắt : 3sin3,3cos3,2sin2,2cos2 θθθθ ==== SCSC

• Các ma trận A của robot :

=

1000

1100

0010

0001

1 lA

;

−

=

1000

2010

0202

0202

2 l

CS

SC

A

;

−

−

=

1000

3010

0303

0303

3 l

CS

SC

A

• Tính các ma trận biến đổi thuần nhất T:

Ma trận : 332 AT =

−

−

=

1000

3010

0303

0303

32

l

CS

SC

T

Ma trận: 32.23

1 TAT =

−−−−

==

1000

2303

3*23*223*2

3*23*223*2

3.231

lCS

lCSSCCS

lSSCSCC

AAT

+−−

−−

=

===

1000

12303

3*23*223*2

3*23*223*2

31.1

1000

3

llCS

lCSSCCS

lSSCSCC

TAzpzazsznypyaysynxpxaxsxn

T

Để tính được 3T ta phải cân bằng các phần tử của ma trận 3

T , ta được hệ thống các

phương trình sau:

3*2 CCxn =

3*2 CSyn =

3Szn =

2Sx

s −=

2Cy

s =

0=z

s

3*2 SCax −=

3*2 SSy

a −=

3Cz

a =

3*2 lSx

p =

3*2 lCy

p −=

12 llz

p +=

2.2.2.Phương trình động học ngược :

Phương trình động học của robot nhằm xác định các giá trị biến khớp từ các vị trí

và hướng cuẩ tay robot mong muốn. Phương trình động học ngược thường khó giải và

ko có lời giải tổng quát cho mọi robot:

Ta có :

31

31

1TTA =− (1)

32

31

11

2TTAA =−− (2)

−=−

1000

1100

0010

0001

11 l

A

=

1000

3z

pz

az

sz

ny

py

ay

sy

nx

px

ax

sx

n

T

−−

−−

==

1000

2303

3*23*223*2

3*23*223*2

3.

231

lCS

lCSSCCS

lSSCSCC

AAT

Từ phương trình (1) ta được :

−1000

1100

0010

0001

l

1000z

pz

az

sz

ny

py

ay

sy

nx

px

ax

sx

n

=

−−

−−

1000

2303

3*23*223*2

3*23*223*2

lCS

lCSSCCS

lSSCSCC

−⇔

1000

1lz

pz

az

sz

ny

py

ay

sy

nx

px

ax

sx

n

=

−−−−

1000

2303

3*23*223*2

3*23*223*2

lCS

lCSSCCS

lSSCSCC

Từ phương trình trên ta được hệ phương trình:

zz nnS =⇒= 3sin3 θ

znarcsin

3=⇒θ

ys

ysC =⇒=

2cos2 θ

ysarccos

2=⇒θ

3.2

cos13.21 llz

plClz

p θ−=−⇒−=−

3.cos1 2 lpl z θ+=⇒ 3l ( là hằng số)

2.3: LẮP RÁP ROBOT.

2.3.1. Chọn động cơ:

Động cơ sử dụng để di chuyển là loại động cơ hộp vuông có tốc độ 150(vòng/phút).

Ưu điểm của loại động cơ này là có thể chịu lực khỏe.

Bánh chủ động của robot được bố trí phía sau của phần đế.Để tạo thêm sự vững

chắc cho bánh động cơ thì tại vị trí của phần nhôm bắt bánh ta cho thêm gỗ vào. Động

cơ được bắt chặt vào phần đế nhờ miếng nhôm tấm và đai thít.

Hình 2.40: Nhôm tấm dùng để bắt động cơ.

Hình 2.41: Động cơ dùng di chuyển.

Hình 2.42:Động cơ bắt vào ke.

Hình 2.43: Lắp ráp động cơ.

2.3.2.Chọn bánh trước và cách lắp:

Bánh omi(hay bánh đa hướng )được sử dụng rất nhiều trong các cuộc thi

robocon. Ưu điểm của loại bánh này là khả năng di chuyển linh hoạt theo các

hướng khác nhau.Điều này giúp cho robot có thể di chuyển một cách mềm mại

và linh hoạt. Khi hoạt động robot có thể chuyển hướng một cách chính xác khi

đang di chuyển.

Hình 2.44: Hình dạng thực tế của bánh omi.

Để đảm bảo cho robot hoạt động ổn định khi mang những khối cấu kiện

tương đối lớn thì giải pháp bắt bánh chúng em đưa ra đó là:bắt trực tiếp bánh đa hướng

trực tiếp lên đế của robot. Do đề thi năm nay không đòi hỏi robot phải di chuyển nhiều

thì việc bắt bánh cứng có ưu điểm hơn so với cách bắt bánh theo kiểu tự lựa. Trong quá

trình di chuyển sẽ tạo lên độ vững chắc hơn khi mang nhiều khối cấu kiện một lúc,ngoài

ra khi robot dừng thì khả năng hãm của robot tốt hơn.

Hình 2.45: Thanh sắt dùng bắt bánh omi.

Bánh xe phía sau được gia công bằng máy tiện, vật liệu sử dụng để tiện

bánh xe là loại nhựa có độ cứng cao. Bánh có đường kính 140mm, đường kính

trục lỗ là 10.

Hình 2.46: Đế toàn diện của động cơ.

2.3.3. Thiết kế phần trụ cho robot.

Đối với đề thi năm nay khối lượng và kích thước của các khối cấu kiện là rất lớn và

phải đưa lên cao chính vì vậy robot có kích thước rất lớn và chiều cao của robot là tương

đối cao(tối đa 1,5m).

Kích thước phần trụ của robot được cho như sau:

Hình 2.47: Kích thước phần trụ của robot.

Với chiều cao của kim tự tháp khafraa là 1434mm việc đưa các khối cấu kiện

lên cao và đặt được chóp vàng điều này đòi hỏi kết cấu của robot phải thật vững

chắc. Qua thời gian nghiên cứu chúng em quyết định sử dụng hai trụ để tạo độ

cứng vững cho robot và đảm bảo khi di chuyển robot không bị rung lắc hay lật

đổ.Việc sử dụng hai trụ sẽ tạo cho robot có kết cấu nhẹ mà vẫn đảm bảo yêu cầu

kỹ thuật.Đồng thời việc sử dụng hai trụ sẽ giúp cho việc bố trí các cơ cấu đẩy quà

một cách dễ dàng hơn.

Hình 2.48: Phần trụ của robot được gắn lên đế.

Hình 2.49: Phần thanh trợ lực cho hai trụ.

Hình 2.50: Trụ của robot được gắn lên đế có thanh đỡ trợ lực.

2.3.4.Thiết kế tay đẩy tầng hai.

Việc sử dụng hai robot cho xây dựng kim tự tháp khafraa đòi hỏi các robot phải có

sự phối hợp nhịp nhàng và độ chính xác cao. Để đạt được độ chính xác này chúng em

đưa ra phương án thiết kế tay đẩy tầng hai đảm bảo xây dựng kim tự tháp một cách

chính xác theo yêu cầu.

Hình 2.51: Kích thước của tay đẩy tầng hai.

Hình 2.52: Tay đẩy khối cấu kiện tầng hai.

2.3.5.Thiết kế tay đẩy cấu kiện tầng ba.

Trong đề thi năm nay để thực hiện công việc đẩy khối cấu kiện tầng 3 chúng em sử

dụng thanh ray dẫn hướng.Trong thực tế có rất nhiều cơ cấu có thể dùng để đẩy khối cấu

kiện như sử dụng tang , sử dụng xích kết hợp với bánh răng.

Chúng em quyết định sử dụng thay ray vì: Có độ chính xác khá cao, dễ dàng gia công,

trọng lựơng nhẹ, gía thành gia công rẻ.

Hình 2.53: Kích thước của tay đẩy tầng hai.

Hình 2.54: Cơ cấu đẩy khối cấu kiện tầng 3.

2.3.6.Thiết kế tay đẩy quà vàng.

Cơ cấu đẩy quà vàng được thiết kế khác so với các cơ cấu đẩy khác.Trong

cuộc thi Robocon 2010 thì khối đỉnh chóp được đặt lên trên một tấm đế và ở giữa

của tấm đế có một trụ cao 5cm. Chính vì vậy việc đặt khối quà vàng theo phương

ngang là không thể thực hiện được. Để giải quyết vấn đề này chúng em thiết kế

tay đẩy là một thanh nhôm có kích thước là 25x 25(mm).Thanh nhôm được đặt

nghiêng . Hai thanh dẫn hướng cũng sử dụng loại nhôm có kích thước là

25x25(mm) được bố trí song song cùng chiều với tay đẩy cấu kiện. Khi thực

hiện việc đẩy khối quà vàng chúng em sử dụng vòng bi để dẫn hướng cho tay

đẩy. Các vòng bi được bố trí ở hai phía của thanh dẫn hướng, vị trí của chúng tạo

cho thanh đẩy quà một góc so với thanh dẫn hướng.

Hình 2.55: Kết cấu của tay đẩy quà vàng.

Để đẩy khối quà vàng chúng em sử dụng động cơ kéo kết hợp với ròng rọc.Vị trí của

ròng rọc được bố trí tại thanh ốp đầu của thanh dẫn hướng. Tác dụng của tấm ốp đầu

của thanh dẫn hướng là nơi đặt ròng rọc, ngoài ra nó còn có tác dụng đỡ thanh đẩy quà

khi nó thực hiện đẩy quà vàng.

Hình 2.56: Tấm ốp đầu của thanh dẫn hướng.

hình 2.57: Vị trí bắt tấm ốp đầu trên thanh dẫn hướng.

2.3.7. Kết cấu hoàn thiện của robot tự động mang khối cấu kiện chóp.

Hình 2.58: Kết cấu tổng thể của robot mang khối cấu kiện chop.

PHẦN 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN

Mạch điều khiển robot tự động gồm nhiều modul được gép kết nối với vi điều

khiển:

Hình 3.1: sơ đồ khối mạch điều khiển.

Mỗi khối có một chức năng khác nhau và được liên kết với nhau thành một mạch

hoàn thiện, sau đây ta đi nghiên cứu từng modul trong mạch:

3.1: KHỐI ĐỘNG LỰC.

3.1.1.Động cơ điện 1 chiều sử dụng trong robot.

3.1.1.1.Lý thuyết về động cơ.

Động cơ điện đóng vai trò rất quan trọng nó giống như cơ bắp của con người vậy,

là nguồn gốc của mọi chuyển động trên robot. Động cơ sử dụng trong robot thường là

động cơ DC làm việc ở điện áp 12VDC hoặc 24VDC.

Cấu tạo của động cơ gồm có 2 phần: stato đứng yên và rôto quay so với stato. Phần

cảm (phần kích từ-thường đặt trên stato) tạo ra từ trường đi trong mạch từ, xuyên qua

các vòng dây quấn của phần ứng (thường đặt trên rôto). Khi có dòng điện chạy trong

mạch phần ứng, các thanh dẫn phần ứng sẽ chịu tác động bởi các lực điện từ theo

phương tiếp tuyến với mặt trụ rôto, làm cho rôto quay. Chính xác hơn, lực điện từ trên

một đơn vị chiều dài thanh dẫn là tích có hướng của vectơ mật độ từ thông B và vectơ

cường độ dòng điện I. Dòng điện phần ứng được đưa vào rôto thông qua hệ thống chổi

than và cổ góp. Cổ góp sẽ giúp cho dòng điện trong mỗi thanh dẫn phần ứng được đổi

chiều khi thanh dẫn đi đến một cực từ khác tên với cực từ mà nó vừa đi qua (điều này

làm cho lực điện từ được sinh ra luôn luôn tạo ra mômen theo một chiều nhất định).

Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay

nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều, 1

phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là

đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông thường bộ

phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.

Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ sẽ

hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm ứng

Electromotive force (EMF). Khi vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một

điện áp gọi là sức phản điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện động đối kháng,

vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ. Sức điện động này tương tự như

sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phát điện (như lúc ta nối

một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo trục động cơ bằng một ngẫu lực bên

ngoài). Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm 2 thành phần: sức phản điện động, và

điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng. Dòng điện chạy qua

động cơ được tính theo biều thức sau:

I = (VNguon − VPhanDienDong) / RPhanUng

Công suất cơ mà động cơ đưa ra được, được tính bằng:

P = I * (VPhanDienDong)

Nguyên tắc hoạt độngcủa động cơ điện một chiều:

Hình 3.2:Nguyên tắc hoạt động của động cơ một chiều.

Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay

của rotor.

Pha 2: Rotor tiếp tục quay.

Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu,

trở lại pha 1.

Dưới đây là một số động cơ đã được dùng trong robot thi đấu.

Hình 3.3: Một só động cơ được dùng trong Robot.

3.1.1.2.Kinh nghiệm chọn động cơ.

Việc lựa chọn động cơ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng động cơ được chọn

trong cuộc thi robot thường có yêu cầu chung sau:

- Tốc độ lớn.

- Khả năng chịu tải cao.

- Khả năng hãm tốt, thường sử dụng loại động cơ có hộp giảm tốc.

- Dòng ,áp.

- Đối với động cơ dùng cho cơ cấu chuyển động (phần đế của robot) yêu cầu

đặt ra là phải có tốc độ nhanh ,và có độ hãm tốt .Động cơ thường được sử

dụng ở phần này là loại động cơ pitman.

- Ngoài động cơ pitman, có thể sử dụng các loại động cơ khác, miễn là

đạt được các tiêu chí nêu trên. Có thể sử dụng động cơ vuông tháo bánh răng.

3.1.2.Điều khiển chiều quay động cơ (đảo chiều động cơ).

Thông thường điều khiển chiều quay của động cơ dùng mạch cầu H.

3.1.2.1.Dùng van bán dẫn.

Để điều khiển hướng quay của động cơ 1 chiều, chúng ta cần thay đổi chiều của

điện áp đặt vào động cơ. Có 1 mạch phổ biến dùng để điều khiển động cơ gọi là cầu H.

Nó được gọi như vậy bởi vì mạch này trông giống hình chữ ‘H’. Ưu điểm của mạch này

là nó cho phép điều khiển động cơ tiến lên hoặc lùi lại ở bất kỳ tốc độ nào, ngoài ra nó

còn có thể dùng 1 nguồn điện độc lập với nguồn điều khiển.

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H

Giả sử khi đầu vào ‘Direction’ ở trạng thái cao thì động cơ sẽ quay theo chiều

thuận thì khi đầu vào ‘Direction’ ở trạng thái thấp động cơ sẽ quay theo chiều ngược lại.

3.1.2.2. Mạch điện dùng L293B (L298).

Chúng ta có thể dùng các van bán dẫn công suất khác nhau để thiết kế mạch cầu

“H” nhưng cũng có thể sử dụng các loại IC đã tích hợp sẵn mạch cầu H. Có rất nhiều

loại IC như vậy nhưng loại phổ thông dùng cho động cơ dòng thấp là L293B (dòng làm

việc bình thường là 1A, có thể lên tới 2A nếu nối song song hai cổng) và động cơ dòng

cao là L298 (tối đa là 2A/1cổng và 4A nếu nối song song hai cổng).

Dưới đây là hình dạng và các thông số kĩ thuật của L298 và L293B.

Hình 3.5: Hình dạng và sơ đồ chân L293.

3.1.2.3.Sử dụng Rơle để đảo chiều động cơ.

Ưu điểm: Đơn giản, giá thành rẻ, Rơle có thể làm việc với điện áp cao, dòng điện

lớn.

Nhược điểm: Không thể đóng ngắt nhanh, rất dễ gây nhiễu cho mạch vi xử lý nếu

không sử dụng tụ điện để triệt tia hồ quang do tiếp điểm gây nên.

3.1.3.Điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều.

Có rất nhiều phương pháp thay đổi tốc độ động cơ điện 1 chiều như: thay đổi điện

trở phần ứng, thay đổi từ thông, thay đổi điện áp phần ứng…Nhưng phương pháp hay

được dùng nhiều nhất trong robot đó là thay đổi điện áp phần ứng sử dụng PWM.

Phương pháp PWM_điều chế độ rộng xung là phương pháp hay được sử dụng nhất đặc

biệt là trong tự động hóa, robot... bởi nó đơn giản, dễ thực hiện và đảm bảo thay đổi trơn

tốc độ động cơ. Chúng ta sẽ chỉ đi nghiên cứu phương pháp này:

Điều khiển độ rộng của xung được làm bằng

cách tắt bật nhanh nguồn điện đặt lên động cơ.

Nguồn áp 1 chiều DC sẽ chuyển thành tín hiệu

xung vuông, thay đổi từ 12V(24V) xuống 0V,

bản chất của phương pháp này là thay đổi điện áp

trung bình đặt vào động cơ.

Bằng cách thay đổi chu kỳ hoạt động của tín hiệu (thay đổi độ rộng xung –

PWM), tức là khoảng thời gian “Bật” ton, điện áp trung bình đặt lên hình 3.6:

biểu đồ xung

động cơ sẽ thay đổi và dẫn đến thay đổi tốc độ.

Với phương pháp này chúng ta có thể có hai cách để thực hiện đó là dùng “phần

cứng” hoặc “phần mềm” để tiến hành điều chế xung.

Kết luận: Như đã phân tích ở trên và với yêu cầu của thi năm nay chúng em đã

thiết kế mạch động lực gồm có một rơle và 1 FET để điều khiển động cơ. Rơle được

dùng để đảo chiều động cơ, còn FET được dùng để điều khiển đổi tốc độ của động cơ.

3.1.4.Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của khối động lực.

3.14.1.Sơ đồ nguyên lý.

Hình 3.7:Sơ đồ nguyên lý khối động

lực.

Hình 3.8:Sơ đồ nguyên lý khối đảo chiều và thay đổi tốc độ động cơ.

Hình 3.9:Nguyên lý kết nối mạch động lực và mạch điều khiển.

3.1.4.2.Nguyên lý hoạt động.

Trên sơ đồ nguyên lý thấy mỗi một động cơ sẽ được điều khiển bởi hai cổng của

VĐK, được cách ly qua hai bộ cách ly quang. Một chân của VĐK sẽ điều khiển đóng

cắt Rơle để tiến hành đảo hay không đảo chiều của động cơ, chân còn lại sẽ có tác dụng

tiến hành điều xung để thay đổi tốc độ động cơ.

Khi có tín hiệu đầu ra từ chân 14 của UNL2803 (ton) ở mức cao(12v) thì Transistor

ngược T1 được phân cực thuận, Transistor thuận T2 khóa, cực điều khiển của IRF được

đặp điện áp 12VDC. IRF dẫn, cấp điện mass cho động cơ.

Khi tín hiệu đầu ra từ chân 14 của UNL2803 (ton) ở mức thấp (0v) Transistor thuận

T1 khi này khóa, Transistor ngược T2 dẫn, làm cho điện áp đặt vào cực điều khiển của

IRF lúc này bằng 0, IRF khóa, ngắt mass của động cơ. Quá trình này được lặp lại sau

mỗi chu kì của xung, trong một chu kì xung sẽ có khoảng thời gian động cơ được cấp

xung (ton) và khoảng thời gian mà động cơ không được cấp xung (toff).

Việc thay đổi khoảng thời gian ton trong toàn bộ chu kì sẽ thay đổi giá trị điện áp

trung bình đặt lên động cơ dẫn đến làm thay đổi tốc độ của động cơ.

Để đảo chiều động cơ ta dùng 1 Rơle, bình thường thì cuộn hút của rơle không

được cấp điện do đầu ra của UNL2803AN ở mức cao, động cơ quay theo chiều thuận.

Khi cuộn hút của rơle có điện, hai cực của động cơ được đảo do tiếp điểm của rơle

bị đảo và động cơ quay theo chiều ngược lại.

Như vậy thay vì phải dùng mạch cầu H ta chỉ cần dùng 1 van bán dẫn và 1 rơle để

có thể thực hiện việc thay đổi tốc độ và đảo chiều động cơ.

Điều kiện để động cơ quay là phải có xung điều khiển (giá trị xung khác 0) cho

van bán dẫn.

Điều kiện để động cơ có thể đảo chiều là có xung điều khiển cho van và cuộn hút

Rơle có điện (Rơle tác động).

Cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực là PC817 (cách ly quang). PC817

có tầm quan trong rất lớn vừa ngăn chặn những xung đột bên mạch động lực vừa có thể

nâng mức tín hiệu của đầu ra mạch điều khiển.

Cực điều khiển của IRF 540N được cấp bởi bộ lọc RC. Nhờ có bộ lọc này mà giảm

được các nhiều và điện áp phân cực cho cực là là xung vuông chuẩn.

3.1.5.Lựa chọn van và tính toán công suất cho mạch động lực.

3.1.5.1.Động cơ sử dụng trong robot.

Tổng số động cơ được sử dụng là 4 động cơ có công suất tối đa là 24W, điện áp làm

việc tối đa 24V, dòng điện làm việc định mức lớn nhất là 1A. Ta sẽ tiến hành chọn van

bán dẫn cho động cơ:

+Dòng làm việc của động cơ Ilv = 1A.

+Dòng điện lúc khởi động Ikđ = 2Ilv = 2.1 = 2A.

+Chọn hệ số an toàn cho mạch là k = 1,5.

+Do đó dòng điện làm việc mà van phải chịu là Ilv Van = k.Ikđ = 1,5.2 = 3A.

+Ta sẽ chọn van có dòng làm việc đỉnh Ilvđ Van ≥ 5.Ilv Van = 5.3 = 15A.

Do trong cuộc thi chỉ giới hạn nguồn cung cấp tối đa là 24V, do đó để đảm bảo

cung cấp đầy đủ công suất cho 4 động cơ trong suốt cuộc thi, thì chúng em đã chọn

phương án thiết kế riêng nguồn 24V để cung cấp cho các động cơ.

3.1.5.2.Van bán dẫn IRF 540N.

IRF540N là một loại MOSFET công suất. Các thông số cơ bản của IRF540N:

+ Dòng điện làm việc lớn nhất:

- Ở 250C: 33A

- Ở 1000C: 23A

+ Điện áp làm việc lên tới 100V.

+ Công suất tối đa: 120W ở 25oC.

+ Công suất sẽ giảm 0,8W/oC tính từ nhiệt độ 25oC.

+ Dải nhiệt độ làm việc từ -55 đến 175oC.

+ Tần số đóng cắt lên tới 1MHz.

Trong mạch IRF540N phải được cung cấp điện áp 12V.

Hình 3.10: Hình dạng, sơ đồ chân, kí hiệu trên mạch điện của IRF540N

3.1. 5.3.Transistor NPN D468 và PNP B562.

Transistor ngược D468 và Transistor thuận B562 kết hợp với nhau tạo thành một

khóa đóng cắt để điều khiển IRF540N có tác dụng điều xung cho động cơ.

Thông số của Transistor ngược D468 như sau:

+Điện áp cực đại đặt trên collector và base: VCBO = 25V.

+Điện áp cực đại đặt trên collector và emitter: VCEO = 20V.

+Điện áp cực đại đặt trên emitter to base: VEBO = 5V.

+Dòng điện cực đại đặt trên collector :I= 1.5A.

+Công suất tiêu thụ cực đại: 0.9W.

Trong mạch D468 được cung cấp điện áp 12V, dòng tiêu thụ lúc này là I= 1mA.

Vậy công suất tiêu thụ của D468 trong mạch là: P = U.I = 12.(1mA) = 12( mW).

Thông số của Transistor ngược B562 như sau:

+Điện áp cực đại đặt trên collector và base: VCBO = -25V.

+Điện áp cực đại đặt trên collector và emitter: VCEO = -20V.

+Điện áp cực đại đặt trên emitter to base: VEBO = -5V.

+Dòng điện cực đại đặt trên collector là: I= -1.5A.

+Công suất tiêu thụ cực đại: 0.9W.

Trong mạch B562 được cung cấp với điện áp ngược -12V, dòng tiêu thụ lúc này là I=

-1mA. Vậy công suất tiêu thụ của B562 trong mạch là: P = U.I = -12.(-1mA) =

12( mW).

3.1.5.4.Opto PC817.

Opto PC817 giúp cách ly quang giữa mạch công suất với mạch điều khiển. Vì đôi

khi động cơ chạy quá dòng thì dòng trả về lớn chết một số linh kiện trong mạch công

suất, nếu không có cách ly thì dòng lớn sẽ theo đường mạch làm vi điều khiển và toàn

bộ những linh kiện khác trong mạch bị ảnh hưởng.

Trong mạch PC817 được cung cấp với điện áp 12V, dòng tiêu thụ là I= 5mA. Vậy công

suất tiêu thụ của PC817 trong mạch là: P = U.I = 12.(5mA) = 60( mW).

Như vậy: với những tính toán về công suất như trên thì để đảm bảo cho việc cung

cấp đủ công suất hoạt động cho khối: cách ly quang, đảo chiều và thay đổi tốc động cơ,

thì chúng em đã thiết kế riêng nguồn 12V để cung cấp cho các khối này.

3.2: KHỐI CẢM BIẾN TRONG ROBOT.

3.2.1.Cảm biến dò đường.

3.2.1.1.Mạch cảm biến dùng quang trở.

a.Cấu trúc bề ngoài và hình dạng của quang trở.

Hình 3.11: Cấu trúc và hình dạng quang trở.

Đặc trưng của các quang trở là sự phụ thuộc của giá trị điện trở vào thông lượng

bức xạ và phổ của bức xạ đó. Điện trở quang là một trong những cảm biến có độ nhạy

cao. Cơ sở vật lý của điện trở quang là hiện tượng quang dẫn do kết quả của hiệu ứng

quang điện nội: hiện tượng giải phóng hạt tải điện trong vật liệu dưới tác dụng của ánh

sáng làm tăng độ dẫn của vật liệu.

Hình 3.12: Sự phụ thuộc của điện trở vào độ rọi sáng.

b.Nguyên tắc hoạt động.

Khi quang trở không nhận được ánh sáng của led phát thì điện trở của quang trở

cao, dòng qua quang trở rất nhỏ, điện áp rơi trên quang trở lớn.

Khi quang trở nhận được ánh sáng do led phát ra thì điện trở của quang trở giảm,

dòng qua quang trở lớn điện áp rơi trên đó rất nhỏ.

c.Mạch cảm biến dùng quang trở điển hình.

Hình 3.13: Mạch quang trở điển hình.

Nguyên tắc hoạt động của mạch.

Trước hết ta điều chỉnh biến trở VR để tạo điện áp chuẩn so sánh.

Khi quang trở không nhận được ánh sáng (hay nhận dược rất ít ánh sáng) do Led

phát phát ra, tức là không gặp vạch trắng thì điện trở của quang trở lớn nên dòng điện

qua quang trở là nhỏ do đó điện áp tại chân 2 là lớn U2 > U3 nên đầu ra của LM324 là

mức “0” Ura = 0V, đồng thời đầu ra của LM324 được đưa vào VĐK do đo đầu vào của

VĐK lúc này là 0V.

Khi quang trở nhận được ánh sáng do Led phát phát ra thì điện trở của quang trở

giảm do đó dòng điện qua quang trở lớn nên điện áp đặt vào chân 2 nhỏ U2 < U3 nên

đầu ra của LM324 là “1” khi đó đầu vào VĐK là 5V.

Mạch sử dụng quang trở đơn giản, dễ điều chỉnh, giá thành thấp nhưng cũng có

nhược điểm đó là quang trở rất nhạy và phụ thuộc vào ánh sáng môi trường do đó sử

dụng quang trở cần phải che chắn tốt, mặt khác đặc tính của quang trở không phải phụ

thuộc tuyến tính vào cường độ sáng mà là một đường phi tuyến nên có những điểm làm

việc ta rất khó có thể chỉnh được độ nhạy của quang trở để phân biệt được các màu.

3.2.1.2.Mạch cảm biến dùng Led thu phát hồng ngoại.

Hình 3.14: Hình dáng, cấu tạo LED Thu, Phát.

a.Mạch cảm biến hồng ngoại phát thẳng.

Trong cặp thu phát hồng ngoại (IR) này: một linh kiện phát hồng ngoại (IR emitter

(IRE)) và một linh kiện nhận (IR receiver (IRS)) tạo thành 1 cặp cảm biến sensor. Led

thu là loại phản quang, nghĩa là chỉ nhận được ánh sáng hồng ngoại của Led phát khi

ánh sáng đó được phản xạ bởi một vật chắn sáng. Linh kiện phát sẽ tạo tia hồng ngoại

và sau khi phản xạ sẽ truyền tới linh kiện nhận.

Hình 3.15: Nguyên lý thu phát của thu phát hồng ngoại.

Dòng điện đi qua linh kiện thu sẽ tỉ lệ với cường độ năng lượng của tia hồng ngoại

mà nó nhận được.

Hình 3.16: Sự phụ thuộc của dòng điện vào cường độ tia hồng ngoại.

Trong mạch thu phát thì led phát và led nhận được nối mạch theo sơ đồ hình dưới

đây, trong đó:

Hình 3.17: Sơ đồ nguyên lý của cặp thu phát hồng ngoại.

Chân TX là chân cấp mass, nếu cấp thẳng mass vào chân này thì ta sẽ có mạch thu

phát hồng ngoại phát thẳng, còn nếu chân TX được cấp bởi bộ dao động với tần số thì ta

có mạch phát hồng ngoại điều biến.

Điểm IRSO là điểm phân áp của R9, VR1 và led nhận hồng ngoại (IRS1), dòng sẽ

đi qua linh kiện phát và nó sẽ phát ra tia hồng ngoại. Nếu có 1 vật phản xạ mầu trắng thì

năng lượng hồng ngoại sẽ phản hồi lại, IRS1 nhận được ánh sáng hồng ngoại do Led

phát phát ra, khi đó điện trở của Led thu sẽ giảm và tạo một dòng cao hơn đi qua IRS1,

do đó điện áp trên IRS0 sẽ hạ xuống. Nếu vật phản xạ có mầu đen, hoặc mầu sẫm hơn

thì ngược lại, do đó điện áp trên IRS0 sẽ nâng lên. IRSO là điểm phân áp để kích mở

Transistor.

b.IR Sensor phát xung.

Mức điện áp trên đầu ra của sensor IR không chỉ phụ thuộc vào cường độ ánh sáng

phản xạ mà còn bị ảnh hưởng bởi điều kiện ánh sáng môi trường. Trên sân thi đấu có rất

nhiều loại đèn với nhiều màu sắc khác nhau do vậy nếu che chắn không cẩn thận thì led

thu sẽ nhận được rất nhiều ánh sáng bên ngoài, với những nhiễu của.

môi trường như vậy thì cảm biến sẽ làm việc không chính xác, điều đó sẽ dẫn đến

robot hoạt động không như ý muốn.

Để hạn chế sự ảnh hưởng của ánh sáng môi trường, thì bên phát hồng ngoại chỉ

cho phát ra 1 tần số nhất định (bước sóng hồng ngoại cố định), rồi điều chỉnh bên thu,

chỉ thu được tần số đó (bước sóng đó).

Trong hệ thống sensor IR phát xung thì bên phát được tạo tần số phát bằng NE555

và được đưa vào chân TX.

Như vậy, với những phân tích như ở trên và yêu cầu của cuộc thi năm nay chúng

em đã quyết định sử dụng Led thu phát hồng ngoại để thiết kế mạch cảm biến dò đường.

3.2.2.Bố trí cảm biến dò đường.

Trên robot, về nguyên tắc bố trí càng nhiều cảm biến dò đường thì khả năng bám

đường càng tốt. Tuy nhiên, trên thực tế ta thường sử dụng 6, hoặc 8 cảm biến, tùy vào

đề tài, chất lượng động cơ mà ta bố trí cảm biến. Thường có hai phương pháp bố trí cảm

biến.

3.2.2.1.Sử dụng 6 cảm biến xếp thành hàng ngang.

Cách này thích hợp với loại động cơ có khả năng hãm tốt (loại động cơ có hộp

giảm tốc), khi quay thường sử dụng quay bằng 1 bánh (1 bánh dừng còn 1 bánh tiến).

Hình 3.18: Bố trí 6 cảm biến theo hàng ngang.

3.2.2.2.Sử dụng 8 cảm biến.

Hình 3.19: Bố trí 8 cảm biến 6 trước 2 sau.

Hoặc theo một đường thẳng như hình vẽ.

Hình 3.20: Bố trí 8 cảm biến theo 1 hàng ngang.

Cách này thích hợp với những loại động cơ có khả năng hãm kém, khi quay thì cho

bánh tiến bánh lùi.

3.2.3.Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch cảm biến.

Để robot có thể dò đường theo các vạch trắng trên sân thì cần phải có cảm biến để

xác định các vạch trên sân, ta sử dụng một dàn gồm 8 cặp thu phát hồng ngoại có sử

dụng điều xung để xác định vạch trắng trên sân. Như đã phân tích ở trên để giảm tối đa

những ảnh hưởng, nhiễu do môi trường đem lại thì các tín hiệu cảm biến phải được điều

chế. Cách điều chế ở đây là tạo ra một tần số để phần phát với tần số đó và ở bên thu

muốn thu được tín hiệu thì phải có tần số thu thích hợp với bên phát. Do ta tiến hành

điều chế xung phát ra từ phần phát nên trong phần thu ta cũng phải tiến hành lọc và xử

lý tín hiệu này.

Phần tử phát (Led phát) trong cặp thu phát hồng ngoại được điều xung để phát ra

ánh sáng hồng ngoại với một tần số nhất định. Tần số này được tạo ra từ bộ dao động đa

hài dùng NE555 và có thể thay đổi được bằng cách thay đổi giá trị điện trở.

của biến trở mắc giữa chân 6 và chân 7 của NE555 tín hiệu ra ở chân 3 của NE555

được đưa vào đầu vào của IC ULN2003AN, IC ULN 2003AN có tác dụng nâng biên độ

của tín hiệu ra, để đảm bảo tín hiệu ra không bị đảo ta lấy phản hồi từ đầu ra của

ULN2003 đưa ngược lại vào đầu vào khác. Ở đây tín hiệu đưa ra từ chân số 3 của

NE555 (có dạng xung clock) có mức điện áp là 5V còn tín hiệu ra từ chân số 15 của

ULN2003AN là 12V.

Ta có sơ đồ nguyên lý của mạch tạo xung Clock cho phần phát của cảm biến như

sau:

Hình 3.21: Nguyên lý mạch tạo xung.

Tín hiệu ra khi này (CLK) có dạng xung clock sẽ được đem đi để điều khiển phần

phát của cặp thu phát hồng ngoại dò đường.

Hình 3.22: Bộ lọc cảm biến.

Phần thu chính là một photo Diode. Khi gặp vạch trắng cường độ ánh sáng

hồng ngoại phản hồi tới photo Diode lớn, photo Diode dẫn mạnh, tín hiệu thu được

khi này sẽ có mức thấp (do phần thu nối với Mass). Tín hiệu thu được ở phần thu được

đưa vào một bộ lọc.

Nhìn trên mạch ta thấy chỉ những tín hiệu có tần số bằng với tần số của bộ lọc thì

mới có thể đi qua. Tần số đó được tính bằng: f = 1/R.C.

Nguyên lý làm việc của bộ lọc trong mạch như sau:

Khi mà tần số phát và tần số thu không bằng nhau, tín hiệu từ bộ thu không đi

được qua tụ lọc vì thế điện áp đầu ra CB1 lúc này đúng bằng với điện áp UCE của T1

(khoảng 0,5V).

Hình 3.23: Nguyên lý mạch so sánh.

Khi tần số tín hiệu phát trùng với bên thu tín hiệu từ bộ thu đi qua được tụ lọc làm

cho T1 dẫn, tín hiệu ra CB1 lúc này được san phẳng nhờ tụ 10uF. Và tùy thuộc vào vị

trí cảm biến so với vạch trắng trên sân mà giá trị của CB1 thay đổi từ 0.9V – 1,8V.

Sau khi được lọc tín hiệu cảm biến sẽ được đưa vào so sánh trước khi được đưa

vào chân của vi điều khiển.

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cặp thu, phát.

Hình 3.24: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của 1 bộ thu phát.

3.2.4. Tính toán công suất cho khối cảm biến.

3.2.4.1. IC tạo xung NE555.

NE555 do hãng CMOS sản xuất, đây là một loại linh kiện khá là phổ biến bây giờ

với việc dễ dàng tạo được xung vuông và có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ

mạch đơn giản, điều chế được độ rộng xung. Nó được ứng dụng hầu hết vào các mạch

tạo xung đóng cắt hay là những mạch dao động khác. Thông số của NE555 như sau:

+ Điện áp đầu vào : 2V - 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555, NE7555..).

+ Dòng điện cung cấp : 6mA - 15mA.

+ Điện áp logic ở mức cao : 0.5V - 15V.

+ Điện áp logic ở mức thấp : 0.03V - 0.06V.

+ Công suất lớn nhất là : 600mW.

Trong mạch NE555 được cung cấp điện áp 5V, dòng cung cấp lúc này là 6mA.

Vậy công suất tiêu thụ của NE555 trong mạch là: P = U.I = 5.6 = 30( mW).

3.2.4.2.IC LM324.

LM324 là loại IC khuếch đại thuật toán dùng để so sánh tín hiệu của cảm biến đưa về

đặt ở chân âm với một điện áp chuẩn đặt ở chân dương. Tín hiệu đầu ra được đưa về

chân của vi điều khiển. Thông số của LM324 như sau:

+Điện áp làm việc nhỏ nhất: 3V.

+Điện áp đầu vào cực đại: 32V.

+Dòng điện đầu vào (làm việc) cực đại: 100nA.

+Công suất tiêu thụ của IC này ở 25°C là 1310 mW.

Trong mạch LM324 được cung cấp điện áp 5V, dòng cung cấp lúc này là 50nA

Vậy công suất tiêu thụ của LM324 trong mạch là: P = U.I = 5.50 = 250( nW).

3.2.4.3. IC ULN2003AN.

ULN 2003AN là IC đệm dòng có tác dụng nâng biên độ của tín hiệu ra, để đảm bảo

tín hiệu ra không bị đảo, ta lấy phản hồi từ đầu ra của ULN2003 đưa ngược lại vào đầu

vào khác. Lúc này tín hiệu ra từ chân số 15 của ULN2003AN là 12V. Thông số của

ULN2003Annhuw sau:

+Điện áp làm việc: 5V.

+Điện áp ra cực đại: 50V.

+Điện áp đầu vào cực đại: 30V.

+Dòng điện đầu vào cực đại: 25mA.

+Dòng điện đầu ra cực đại: 500mA.

+Công suất tiêu thụ cực đại: 1W.

Trong mạch ULN2003 được cung cấp điện áp 5V, dòng cung cấp lúc này là 25mA.

Vậy công suất tiêu thụ của ULN2003 trong mạch là: P = U.I = 5.25 = 125( mW).

3.2.4.4. Led thu phát hồng ngoại.

Trong cặp thu phát hồng ngoại (IR): một linh kiện phát hồng ngoại (IR emitter

(IRE)) và một linh kiện nhận (IR receiver (IRS)) tạo thành 1 cặp cảm biến sensor. Led

thu là loại phản quang, nghĩa là chỉ nhận được ánh sáng hồng ngoại của Led phát khi

ánh sáng đó được phản xạ bởi một vật chắn sáng. Linh kiện phát sẽ tạo tia hồng ngoại

và sau khi phản xạ sẽ truyền tới linh kiện nhận. Thông số của Led thu phát như sau:

+Điện áp làm việc: 5V.

+Dòng điện đầu vào: 25mA.

Trong mạch Led thu pháp hồng ngoại được cung cấp điện áp 5V, dòng cung cấp lúc này

là 25mA. Vậy công suất tiêu thụ của 8 cặp Led thu phát trong mạch là:

P = 2.8U.I = 2.8.5.25 = 2000( mW)=2W.

Như vậy, để đảm bảo việc cung cấp đủ công suất cho khối cảm biến chúng em đã sử

dụng 2 nguồn riêng biệt: Một nguồn 12V cung cấp cho cảm biến dò đường Led thu phát

hồng ngoại, và một nguồn 5V cung cấp cho các khối sử lý tín hiệu khác.

3.2.5.Công tắc hành trình.

Công tắc hành trình được sử dụng rộng rãi trong robot và trong tự động hóa. Công

tắc hành trình được sử dụng để phát hiện các giới hạn chuyển động của các cơ cấu trong

robot như giới hạn lên, xuống,…

Công tắc hành trình thường có cấu tạo gồm 3 cực tạo thành hai cặp tiếp điểm 1

thường đóng và 1 thường mở. Công tắc hành trình rất đa dạng và phong phú về cấu tạo

và chủng loại. Dưới đây là một số công tắc hành trình phổ biến và hay được sử dụng.

Hình 2.35: Một số loại công tắc hành trình thông dụng.

Để robot làm việc chính xác và linh hoạt thì cảm biến hành trình rất quan trọng nó

giúp cho các hoạt động của robot được đúng quỹ đạo đã được lập trình trước.

Nguyên lý của mạch cảm biến hành trình rất đơn giản dễ thực hiện:

Tất cả các cảm biến khi tác động đều ở mức tích cực thấp và được đưa và vi điều

khiển.

Hình 3.36: Sơ đồ nối công tắc hành trình.

3.2.6.Cảm biến quang.

Cảm biến quang là một trong những cảm biến công nghiệp hay được sử dụng rất

nhiều trong robot cũng như trong tự động hóa.

Ưu điểm khi sử dụng loại cảm biến này đó là độ chính xác, độ ổn định cao, khoảng

cách phát hiện lớn, sử dụng đơn giản, nhưng giá thành đắt.

Cảm biến quang trên thị trường có rất nhiều loại phong phú về hình dáng và chủng

loại, thích hợp cho nhiều yêu cầu sử dụng khác nhau.

Thông số kĩ thuật của một số loại cảm biến quang thông dụng.

Hình 3.37: các loại cảm biến quang thong dụng.

3.3: KHỐI VI XỬ LÝ.

3.3.1.Chức năng.

Đây chính là khối trung tâm, có chức năng điều hành toàn bộ sự hoạt động của

robot, nhờ có vi điều khiển thông minh thì robot mới hoạt động hiệu quả. Các dòng vi

điều khiển thường được sử dụng như: Vi điều khiển AVR, vi điều khiển PIC, vi điều

khiển 8051...

Trong quá trình tìm hiểu chúng em thấy có một loại vi điều khiển thuộc họ 8051

khá mạnh do hãng Philip sản xuất đó là loại 89V51RD2. Qua phân tích các loại dòng vi

điều khiển, chúng em đã lựa chọn vi điều khiển loại 89V51RD2 với các ưu điểm nổi bật

so với các loại vi điều khiển khác như:

• Dung lượng bộ nhớ lớn hơn: 89V51RD2 có 8Kbyte Flash nội trú bên trong,

trong khi đó họ 80C51 chỉ có 4Kbyte. Trong bộ nhớ dữ liệu RAM, 89V51 có vùng

RAM mở rộng gồm 768 Byte (00h – 2FFh).

• 89V51 có 3 bộ Timer/Counter.

• Đặc biệt 89V51RD2 được lựa chọn bởi nó có 5 kênh điều xung từ (P1.3 đến

P1.7) sử dụng rất đơn giản và linh hoạt cho việc điều xung (rất thuận tiện cho mạch điều

khiển động cơ sử dụng phương pháp PWM để điều chỉnh tốc độ động cơ.

3.3.2.Giới thiệu VĐK 89V51RD2.

3.3.2.1. Các tính năng chính của 89V51RD2.

- Sử dụng CPU 80C51.

- Hoạt động ở 5VDC trong tầm tần số dao động đến 40MHZ.

- 64kB ISP.

- SPI (Serial Peripheral Interface) và UART.

- 5 PCA với chức năng PWM/ capture/ compare 16 bits.

- 4 cổng xuất nhập.

- 3 Timers/Couters 16 bits.

- Watchdog Timer có thể lập trình được.

- nguồn ngắt.

- 2 thanh ghi DPTR.

- Tương thích mức logic TTL và CMOS.

- Phát hiện nguồn yếu (Brownout Detect).

- Chế độ Low – Power, Power down, Idle.

- Có 3 loại: DIP 40, PLC 44 và TQFP44.

Sơ đồ khối của P89V51RD2.

Hình 3.38: Sơ đồ khối của P89V51RD2.

3.3.2.2.Sơ đồ chức năng chân của 89V51RD2.

Hình 3.39: Sơ đồ chân của 89V51RD2BN.

Port 0 (P0.0 – P0.7): Chân 39 – chân 32:

Port 0 là một port xuất/nhập song hướng cực máng hở 8 bit. Nếu được sử dụng

như là một ngõ xuất thì mỗi chân có thể kéo 8 ngõ vào TTL. Khi mức 1 được viết vào

các chân của port 0, các chân này có thể được dùng như là các ngõ nhập tổng trở cao.

Port 0 có thể được định cấu hình để hợp kênh giữa Bus địa chỉ và Bus dữ liệu

(phần byte thấp) khi truy cập đến bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình ngoài. Ở chế

độ này, P0 có các điện trở pullup bên trong.

Port 0 cũng nhận các byte code (byte mã chương trình) khi lập trình Flash, và xuất

ra các byte code khi kiểm tra chương trình. Cần có các điện trở pullup bên ngoài khi

thực hiện việc kiểm tra chương trình.

Port 1 (P1.0 – P1.7): Chân 1 – chân 8:

Port 1 là một port xuất/ nhập song hướng 8 bit có điện trở pullup bên trong. Các

bộ đệm ngõ ra của port 1 có thể kéo hoặc cung cấp 4 ngõ nhập TTL. Khi mức 1 được

viết vào các chân của port 1, chúng được kéo lên cao bởi các điện trở pullup nội và có

thể được dùng như các ngõ nhập. Nếu các chân của port 1 (được kéo xuống thấp qua các

điện trở bên ngoài) sẽ cấp dòng IIL do các điện trở pullup bên trong.

P1.0 (chân 1) – T2: Ngõ vào Counter cho Timer/Counter 2 hoặc ngõ ra cho

Counter/Timer 2.

P1.1 (chân 2) – T2EX: Điều khiển hướng và khởi sự chức năng Capture cho

Timer/Counter 2.

P1.2 (chân 3) – ECI: Ngõ vào xung nhịp. Tín hiệu này là nguồn xung nhịp ngoài

cho chức năng PCA.

P1.3 (chân 4) – CEX0: Ngõ vào xung nhịp cho chức năng Capture/Compare

modul 0.

P1.4 (chân 5) – CEX1: Ngõ vào xung nhịp cho chức năng Capture/Compare

modul 1.

SS : Chọn cổng phụ vào cho SPI.

P1.5 (chân 6) – CEX2: Ngõ vào xung nhịp cho chức năng Capture/Compare

modul 2.

MOSI: Phục vụ SPI.

P1.6 (chân 7) – CEX3: Ngõ vào xung nhịp cho chức năng Capture/Compare

modul 3.

MISO: Phục vụ SPI

P1.7 (chân 8) – CEX4: Ngõ vào xung nhịp cho chức năng Capture/Compare

modul 4.

SCK: Phục vụ SPI.

Port 2 (P2.0 – P2.7): Chân 21 – chân 28:

Port 2 là một port xuất ngập song hướng 8 bit có các điện trở pullup bên trong.

Các bộ đệm ngõ ra của port 2 có thể kéo hoặc cung cấp 4 ngõ TTL. Khi các mức 1

được viết vào các chân của port 2 thì chúng được kéo lên cao bởi các điện trở pullup nội

và có thể được dùng như các ngõ vào. Khi được dùng như các ngõ vào, các chân của

port 2 (được kéo xuống thấp qua các điện trở bên ngoài) sẽ cấp dòng IIL do có các điện

trở pullup bên trong.

Port 2 phát ra byte cao của địa chỉ khi đọc từ bộ nhớ chương trình ngoài và khi truy

cập bộ nhớ dữ liệu ngoài dùng các địa chỉ 16 bit (MOVX @DPTR). Trong ứng dụng

này, nó dùng các điện trở pullup nội “mạnh” khi phát ra các mức 1. Khi truy cập bộ nhớ

dữ liệu ngoài dùng các địa chỉ 8 bit (MOVX @RI). Port 2 phát ra các nội dung của

thanh ghi chức năng đặc biệt P2. Port 2 cũng nhận các bit cao của địa chỉ và một vài tín

hiệu điều khiển lập trình và kiểm tra Flash.

Port 3 (P3.0 – P3.7): Chân 10 – chân 17:

Port 3 là một port xuất ngập song hướng 8 bit có các điện trở pullup bên trong.

Các bộ đệm ngõ ra của port 3 có thể kéo hoặc cung cấp 4 ngõ TTL. Khi các mức 1 được

viết vào các chân của port 3 thì chúng được kéo lên cao bởi các điện trở.

pullup nội và có thể được dùng như các ngõ vào. Khi được dùng như các ngõ vào,

các chân của port 3 (được kéo xuống thấp qua các điện trở bên ngoài) sẽ cấp dòng IIL do

có các điện trở pullup bên trong.

Port 3 cũng cung cấp các chức năng của các đặc trưng đặc biệt như được liệt kê

dưới đây:

Châ Ký hiệu Chức năng chuyển đổi

nP3.0 RxD Nhận tín hiệu kiểu nối tiếpP3.1 TxD Truyền tín hiệu kiểu nối tiếpP3.2 /INT0 Ngắt ngoài 0P3.3 /INT1 Ngắt ngoài 1P3.4 T0 Chân vào 0 của bộ Timer/Counter 0P3.5 T1 Chân vào 1 của bộ Timer/ Counter 1P3.6 /WR Ghi dữ liệu vào bộ nhớ ngoàiP3.7 /RD Đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài

Bảng 3.1. Chức năng cổng P3.

XTAL (XTAL 1 – XTAL 2): Chân 19 – chân 18:

XTALL 1 (chân 19): Là ngõ vào của một bộ khuếch đại dao động nghịch và là

ngõ vào của mạch tạo dao động bên trong cho 89V51.

XTALL 2 (chân 18): Là ngõ ra của bộ khuếch đại dao động nghịch.

Hình3.40: Các kết nối của bộ tạo dao động.

VDD: Chân 40.

VSS: Chân 20: Chân nối Mass.

PSEN : Chân 29: Cho phép dùng bộ nhớ chương trình ngoài. Khi MCU sử dụng

bộ nhớ chương trình trong chip, PSEN không tích cực. Khi sử dụng bộ nhớ

chương trình ngoài, PSEN thường tích cực 2 lần trong mỗi chu kì máy. Sự

chuyển mức cao sang thấp trên PSEN cưỡng bức từ bên ngoài khi ngõ vào RST

đang ở mức cao trong 10 chu kì máy sẽ đưa MCU vào chế độ lập trình host từ

bên ngoài.

RST: Chân 9 :Khi nguồn dao động đang hoạt động, mức cao trên chân RST

trong ít nhất 2 chu kì máy sẽ Reset lại hệ thống. Nếu chân PSEN chuyển mức

thaasptrong khi RST vẫn còn ở mức cao, MCU sẽ vào chế độ lập trình host từ

bên ngoài, nếu không sẽ hoạt động bình thường.

Hình 3.41: Sơ đồ mạch Reset.

EA : Chân 31: Cho phép sử dụng bộ nhớ chương trình ngoài.

EA = ‘0’ thì cho phép sử dụng bộ nhớ chương trình ngoài.

EA = ‘1’ Thì cho phép sử dụng bộ nhớ trong chip.

PROGALE / : Chân 30: ALE là một xung ngõ ra để chốt byte thấp của địa chỉ

trong khi truy cập bộ nhớ ngoài. Chân này cũng là ngõ nhập xung lập trình (

PROG ) khi lập trình Flash.

Khi hoạt động bình thường. ALE được phát với một tỷ lệ không đổi là 1/6 tần

số bộ dao động và có thể được dùng cho các mục đích timing và clocking bên

ngoài. Tuy nhiên lưu ý rằng một xung ALE sẽ bị bỏ qua mỗi khi truy cập bộ nhớ

dữ liệu ngoài. Nếu muốn, hoạt động ALE có thể cấm được bằng cách set bit 0

của bộ SFR tại địa chỉ 8Eh. Nếu bit này được set, ALE chỉ được hoạt động khi có

một lệnh MOVX hoặc MOVC. Ngược lại, chân này được kéo lên cao bởi một

điện trở pullup “nhẹ”. Việc set bit cấm ALE không có tác dụng khi bộ vi điều

khiển đang ở chế độ thi hành ngoài. Ngoài ra, chân này còn được dùng để đưa

vào chế độ lập trình Flash.

3.3.2.3.Tổ chức không gian bộ nhớ của 89V51RD2.

MCU 89V51RD2 có 2 bộ nhớ riêng biệt: Bộ nhớ chương trình (ROM, Flash) và

bộ nhớ dữ liệu (RAM).

- Bộ nhớ chương trình Flash.

Có 2 vùng nhớ nội flash trong 89V51RD2. Block 0 có 64KB được tổ chức thành

512 khu vực chứa 128 bytes. Block 1 chứa đường truyền ISP/IAP và cho phép 8Kbyte

đầu tiên của nó được sử dụng để chứa mã bộ nhớ. Nó được kích hoạt khi chọn kết hợp

bit Reset mềm (SWR) ở FCF.1 và bank lựa chọn bit (BSEL) ở FCF.0. Sự kết hợp của

các bit này và nguồn của vùng nhớ được chỉ dẫn ở bảng sau:

SWR

(FCF.1)

BSEL

(FCF.0)

Địa chỉ từ 0000h đến 1FFFh Địa chỉ trên 1FFFh

0 0 Bootcode (trong Block 1) Sử dụng mã (trong blok 0)

0 1 Sử dụng mã (trong Block 0)

1 01 1

Bảng 3.2. Bộ nhớ Flash.

Vậy, không gian nhớ cực đại của bộ nhớ này chiếm 64Kbyte, được định địa chỉ

từ 0000h đến FFFFh. Trong đó, có 8Kbyte Flash nội trú bên trong nó và đươc định địa

chỉ từ 0000h đến 1FFFh (khác với 80C51, chỉ có 4Kbyte Flash nội trú bên trong).

Hình 3.42: cấu trúc bộ nhớ chương trình.

- Bộ nhớ dữ liệu Ram.

Bộ nhớ dữ liệu RAM nội trú có 1024Bytes. Bộ nhớ dữ liệu ngoại trú của 89V51 có

thể lên tới 64Kbyte. Cấu trúc của bộ nhớ dữ liệu nội trú gồm có 4 phần:

- Vùng nhớ 128 Byte thấp (00h – 7Fh): có thể truy cập bằng địa chỉ trực tiếp hoặc gián

tiếp.

- Vùng nhớ 128 Byte cao (80h – FFh): có thể truy cập bằng địa chỉ gián tiếp.

- Các thanh ghi có chức năng đặc biệt (80h – FFh): Chỉ có thể truy cập bằng địa chỉ trực

tiếp.

- Vùng RAM mở rộng có 768 Byte (00h – 2FFh): được truy cập bằng địa chỉ gián tiếp

bởi lệnh truy xuất dữ liệu ngoài MOVX và xóa bit EXTRAM (trong thanh ghi AUXR).

(chú ý: vùng này không có ở 80C51 hay 89C51).

Hình 3.43: Cấu trúc bộ nhớ dữ liệu nội, ngoại trú.

3.3.2.4.Các chức năng đặc biệt khác của 89V51RD2.

Hình

3.44:

timer và

counter

Chức năng nổi bật của P89V51RD2 là có 5 kênh PCA, các thanh ghi chịu tác

động: CMOD, CCON, CCAPMn.

Hình 3.45: Các thanh ghi.

Hệ thống các chức năng PCA. Ta sẽ lợi dụng chức năng PWM của PCA để điều

xung. PCA là Timer 16bit đặc biệt, gồm 5 modul. Mỗi modul có thể lập trình để vận

hành 1 trong 4 chế độ: capture cạnh lên/xuống, timer, ngõ ra tốc độ cao, hay.

PWM. Timer PCA có thể vận hành nhờ các nguồn xung nhịp: ½OscFreq ;

1/6OscFreq; tốc độ tràn của timer 0; hay từ ngõ vào trên chân ECI(P1.2). Nguồn xung

nhịp của PCA được chọn nhờ các bit CPS1-CPS0 trên thanh ghi đa dụng CMOD. Thanh

ghi chức năng đặc biệt CMOD:

Đây là thanh ghi không thể can thiệp vào từng bit.

Bit Kí hiệu Chức năng

7 CIDL Điều khiển trạng thái rỗi của Counter PCA. CIDL=0

sẽ cho Counter PCA tiếp tục hoạt động bất chấp đang

trong trạng thái rỗi. CIDL=1 sẽ lập trình cho nó

không hoạt động trong trạng thái rỗi.

6 WDTE Cho phép Watchdog Timer trên modul 4.

5-3 - Chưa được khai báo

2-1 CPS1-CPSO Lựa chọn nguồn xung đếm cho PCA (Xem bảng

dưới)

0 ECF Cho phép ngắt khi tràn Counter PCA.

Bảng 3.3: Các bit định nghĩa cho thanh ghi CMOD.

CPS1 CPSO Chọn xung nhịp cho PCA

0 0 Fosc/6

0 1 Fosc/2

1 0 Tràn từ Timer 0

1 1 Xung nhịp ngoài (ECI) Tốc độ lớn nhất Fosc/4

Bảng 3.4: Quy định cách chọn xung nhịp cho PCA.

3.3.2.5.Thanh ghi chức năng đặc biệt CCON.

Có thể can thiệp vào từng bit.

Bít Kí hiệu Chức năng

7 CF Cờ đếm tràn PAC

6 CR Bit điều khiển chạy counter PCA

5 - Chưa định nghĩa

4 CCF4 Cờ ngắt modul PCA 4

3 CCF3 Cờ ngắt modul PCA 3

2 CCF2 Cờ ngắt modul PCA 2

1 CCF1 Cờ ngắt modul PCA 1

0 CCF0 Cờ ngắt modul PCA 0

Bảng 3.5: Các bit định nghĩa của thanh ghi CCON.

Thanh ghi chức năng so sánh/capture cho các modul PCA:CCAPMn.

Không can thiệp được vào từng bit.

Bit Kí hiệu Chức năng

7 - Chưa định nghĩa

6 ECOMN Cho phép bộ so sánh

5 CAPPN Cho phép capture cạnh lên

4 CAPNN Cho phép capture cạnh xuống

3 MATN Cho phép kết nối với cờ ngắt CCFn ở thanh ghi CCON

2 TOGN Lật mức ngõ ra, tác động đến chân CEXn

1 PWMN Chế độ điều xung, tác động đến chân CEXn

0 EXCFN Cho phép ngắt CCFn

Bảng 3.6: các bit định nghĩa thanh ghi CCAPMn.

3.3.3.Sơ đồ nguyên lý.

Trong khối vi xử lý ngoài chíp vi điều khiển ra còn có các mạch hỗ trợ như: mạch

reset, mạch dao động thạch anh, mạch nạp chương trình...

Để nạp chương trình hay thay đổi chương trình cho Vi điều khiển thực hiện một

công việc nào đấy thì ta cần viết chương trình cho chip, và nạp chương trình cho chip

thông qua 2 chân giao tiếp nối tiếp P3.0 (RXD) và P3.1(TXD). Sử dụng phần mềm nạp

Flash Magic và mạch nạp theo nguyên lý sau:

Hình 3.46: Sơ đồ nguyên lý các khối dao động, nạp, Reset.

Hình 3.47: Sơ đồ nguyên lý mạch nạp

Do khối vi xử lý cần một nguồn cung cấp thật ổn định trong suốt quá trình thi đấu, nên

chúng em đã thiết kế riêng nguồn 5V cung cấp cho khối này.

3.4: KHỐI LỰA CHỌN CHƯƠNG TRÌNH(CHỌN CHIẾN THUẬT).

Trong robot nút nhấn để lựa chọn chiến thuật là rất quan trọng và cần thiết. Ta có

thể nối trực tiếp các chân của vi điều khiển với các nút ấn, với cách này mỗi chân của vi

điều khiển sẽ được kết nối với 1 nút nhấn. Đây là cách đơn giản nhất, dễ thực hiện

nhưng có một nhược điểm đó là tốn chân vi điều khiển. Một cách khác nữa ta có thể sử

dụng đó là dùng ma trận bàn phím. Ở đây ta sử dụng tới MUX 8:1 để mở rộng số nút

nhấn.

Sơ đồ chân 74151 Sơ đồ nguyên lý của 74151.

Hình 3.48:Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của 74HC151 (MUX 8:1).

Các chân chức năng của 74151:

+ I0(4), I1(3),……I7(12) là các chân dữ liệu ngõ vào.

+ S(chân 7): chân Enable, tích cực mức thấp.

+ Y(5), W(6): ngõ ra, Y = Dx; W = /Dx (với Dx là ngõ vào được chọn nối với ngõ

ra).

+ A(11), B(10), C(9) : Các chân chọn Dx nối với Y,W.

Với bảng chân trị sau:

Bảng 3.7: Chân lý của IC 74151.

Sơ đồ nguyên lý của mạch nút nhấn như hình vẽ.

Inputs outputsSelect

S(7) Y W=(/Y)C B AX

L

L

L

L

H

H

H

H

X

L

L

H

H

L

L

H

H

X

L

H

L

H

L

H

L

H

H

L

L

L

L

L

L

L

L

L

I0

I1

I2

I3

I4

I5

I6

I7

H

/I0

/I1

/I2

/I3

/I4

/I5

/I6

/I7

Hình 3.49: Sơ đồ nguyên lý mạch nút nhấn.

3.5: KHỐI NGUỒN.

Khối nguồn có chức năng vô cùng quan trọng nó quyết định hoạt động và sự ổn

định của mạch. Muốn mạch hoạt động ổn định thì điều kiện tiên quyết là phải có một bộ

nguồn ổn định.

3.5.1.Cấu tạo, chức năng các phần tử trong khối nguồn.

3.5.1.1.IC LM7805.

Sơ đồ chân và sơ đồ kết nối chân của IC 7805:

Hình 3.50: Hình dạng và sơ đồ chân LM7805.

Nguyên lý hoạt động:

Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi. Mạch này

dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại IC thường hoạt

IN

GND

OUT

động ở điện áp này). Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch điện

vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện áp ở ngõ ra OUT 5V không

đổi.

Chú ý: điện áp đặt trước IC78xx phải lớn hơn điện áp cần ổn áp từ 1,5 đến 2V.

Tụ điện đóng vai trò ổn định và chống nhiễu cho nguồn. (có thể bỏ hai tụ điện nếu mạch

điện không đòi hỏi).

Một số điểm lưu ý khi sử dụng IC LM7805:

Dòng cực đại có thể duy trì 1A.

Dòng đỉnh 2,2A.

Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W.

Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W

Ta nên hạn chế áp lối vào để giảm công suất tiêu tán trên tản nhiệt.

Thực tế áp lối ra có thể đạt giá trị nào đó trong khoảng 4,8 – 5,2 V

3.5.1.2.TIP 2955.

Giới thiệu chung:

Để tạo ra dòng điện lớn, ta sử dụng IC đệm dòng TIP 2955 hoặc TIP 3055.

TIP 2955, TIP 3055 thực chất là một Transitor Silicon bổ xung công suất. TIP 2955

là loại PNP, TIP 3055 là loại NPN.

Các đặc trưng của TIP 2955.

Sơ đồ chân, ký hiệu trên mạch:

Hình 3.51. Sơ đồ chân của TIP 2955.

Các thông số của TIP 2955:

Các giá trị cực đại tuyệt đối đánh giá tại nhiệt độ 250C:

Giá trị danh định Ký hiệu Giá trị Đơn vịĐiện áp collector – base (IE=0) VCBO -100 VĐiện áp Collector – emitter (IB=0) VCER -70 VĐiện áp emitter – base VEBO -7 VDòng điện collector liên tục IC -15 ADòng điện base liên tục IB -7 ACông suất ở 250C P 90 WMức nhiệt độ cho phép Tstg -65 đến +150 oC

Bảng 3.8: Bảng thông số của TIP 2955

3.5.2.Sơ đồ nguyên lý.

Khối nguồn gồm có nguồn cho mạch điều khiển, nguồn cho cảm biến và nguồn cho

mạch động lực, trong đó nguồn cung cấp cho mạch vi điều khiển và nguồn cho mạch

động lực được sử dụng độc lập với nhau và được cấp bởi hai nguồn riêng biệt (hai acquy

khác nhau).

Hình 3.52:Khối nguồn điều khiển.

Hình 3.53: Khối nguồn động lực

3.5.3.Nguyên lý làm việc.

-Nguồn điều khiển.

Khối nguồn điều khiển sử dụng nguồn 5V. Nguồn 5V cấp cho VĐK và các phần tử

của mạch điều khiển được lấy qua IC ổn áp 7805.

Trong mạch nguồn VDD là nguồn 12V được lấy trực tiếp từ Acquy 12V

Công dụng các phần tử trong mạch nguồn:

+7805: tạo ra điện áp ổn định 5VDC.

+Tụ điện có tác dụng san phẳng và ổn định nguồn khi mà điện áp cung cấp có sự

thay đổi đột ngột.

+TIP2955 có tác dụng tạo dòng điện làm việc lớn cho mạch: Trong mạch có modul

cảm biến, đây là khối tiêu thụ dòng lớn với dàn led siêu sáng. Do vậy chỉ dòng của 7805

sẽ không đủ nên ta phải cần Tip 2955 để đệm dòng.

+Bộ nguồn cấp cho mạch điều khiển được nuôi từ một Acquy 12VDC.

-Nguồn động lực.

Sử dụng nguồn 12VDC và 24VDC, nguồn 12VDC dùng để cấp cho cuộn hút Rơle

làm Rơle đóng, cắt. Nguồn 24VDC dùng để cấp cho động cơ hoạt động hai nguồn này

được lấy trực tiếp từ hai acquy 12VDC.

3.6: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH ROBOT.

Hình 3.54: Mạch sơ đồ nguyên lý

PHẦN 4:LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

4.1.LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ROBOT TỰ ĐỘNG.

Start

Khai báo phần cứng và thiết lập PWM

Start1=0

Start2=0

Program1

Program2

I

II

4.1.1.Lưu đồ chương trình chiến thuật 1.

2

Dừng đc tầng 4

KT led do đường phải

Robot lắc trái

Robot lắc phải

Delay chiến thuật

Lùi robot

End

4.1.2.Lưu đồ thuật toán của chương trình chiến thuật 2.

4.2.CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN.

INCLUDE 89v51RD2.mc

; = = = = = = = = = DINH NGHIA = = = = = = = = = =

= =

; = = = = = dong co

motor3 DATA ccap2h ;p1.5

motor2 DATA ccap3h ;p1.6

motor1 DATA ccap4h ;p1.7

; = = = = = nut bam

START EQU P2.0

k1 EQU p2.1

k2 EQU P2.2

k3 EQU P2.3

ctht4 EQU p2.7

ctht_truoc EQU p2.4

sensor2 EQU p2.5

sensor3 EQU p2.6

SENSOR_T EQU P3.7

dao_chieu3 EQU p1.2

dao_chieu2 EQU p3.3

dao_chieu1 EQU p3.5

; = = = = = gia tri dieu xung

pwm_up1 DATA 20h

pwm_up2 DATA 21h

pwm_up3 DATA 22h

PWM1 DATA 23H

PWM2 DATA 24H

PWM3 DATA 25H

PWM4 DATA 26H

; = = = = = = = = = = MAIN = = = = = = = = = = = =

= =

MAIN:

ORG 0000H

MOV P2,#0ffH

MOV P1,#0ffH

MOV R1,#00h

;KHAI BAO PWM

MOV CMOD,#0

SETB CR

MOV CCAPM3,#01000010B

MOV CCAPM4,#01000010B

MOV CCAPM2,#01000010B

MOV pwm_up1,#0ffh

MOV pwm_up2,#0FFH

MOV pwm_up3,#0FFH

MOV PWM1,#200

MOV PWM2,#180

MOV PWM3,#170

MOV PWM4,#160

START:

MOV MOTOR1,#00H

MOV MOTOR2,#00H

CLR K1

CLR K2

CLR K3

JNB START,PROGRAM1

SETB K1

CLR K2

CLR K3

JNB START,PROGRAM2

JMP START

; = = = = = = = = = = = chuong trinh = = = = = = = =

=

PROGRAM1:

CALL DI_MU

CALL BAT_VACH1

MOV pwm_up1,#150

MOV pwm_up2,#150

MOV PWM1,#100

MOV PWM2,#80

MOV PWM3,#70

MOV PWM4,#60

CALL DAY2

CALL HAM

CALL TRE10MS

CALL DAY3

CALL TRE10MS

CALL HAM1

call tre10ms

call DAY4

;CALL HAM1

CALL HAM1

CALL LAC

CALL TRE10MS

MOV R1,#5

CALL LUI

JMP START

PROGRAM2:

CALL DI_MU

CALL BAT_VACH

call tre10ms

call ham1

call tre10ms

CALL DAY4

call tre10ms

CALL HAM1

call lac

CALL TRE10MS

CALL LUI

JMP START

; = = = = = = = = = = DAY = = = = = = = = = = = = =

= =

DAY2:

JB SENSOR2,$

call tre100ms

JB SENSOR2,day2

CALL BAT_VACH

CALL TRE100MS

RET

DAY3:

JB SENSOR3,$

call tre10ms

JB SENSOR3,day3

CALL BAT_VACH

CALL TRE100MS

RET

DAY4:

MOV MOTOR3,#200

JB CTHT4,$

call tre100ms

JB CTHT4,day4

MOV MOTOR3,#0

call tre500ms

RET

; = = = DI MU

DI_MU:

MOV MOTOR1,#0FFH

MOV MOTOR2,#0FFH

JNB P0.2,DI_MU

JNB P0.3,DI_MU

RET

; = = = = == = = = LUI = = = = = = = = = = = = = =

LUI:

CLR DAO_CHIEU1

CLR DAO_CHIEU2

CALL TRE500MS

MOV MOTOR1,#255

MOV MOTOR2,#255

CALL TRE4S

MOV MOTOR1,#0

MOV MOTOR2,#0

SETB DAO_CHIEU1

SETB DAO_CHIEU2

CALL tre100ms

RET

; = = = = = = = = BAT VACH = = = = = = = = = = = = =

=

BAT_VACH1:

MOV MOTOR1,PWM_UP1

MOV MOTOR2,PWM_UP2

BEGIN1:

JNB SENSOR_T,EXIT1

;LAN VACH

THUC_HIEN1:

JB P0.3,TH12

MOV MOTOR1,PWM1

JMP TH14

TH12:

JB P0.4,BAT_VACH1

MOV MOTOR2,PWM1

TH13:

JNB P0.2,TH15

MOV MOTOR2,PWM2

JMP BEGIN1

TH14:

JNB P0.5,TH16

MOV MOTOR1,PWM2

JMP BEGIN1

TH15:

JNB P0.1,TH17

MOV MOTOR2,PWM3

JMP BEGIN1

TH16:

JNB P0.6,th18

MOV MOTOR1,PWM3

JMP BEGIN1

TH17:

JNB P0.0,BEGIN1

MOV MOTOR2,PWM4

JMP BEGIN1

TH18:

JNB P0.7,BEGIN1

MOV MOTOR1,PWM4

JMP BEGIN1

EXIT1:

MOV MOTOR1,#0

MOV MOTOR2,#0

RET

BAT_VACH:

MOV MOTOR1,PWM_UP1

MOV MOTOR2,PWM_UP2

BEGIN:

JNB CTHT_TRUOC,EXIT

;LAN VACH

THUC_HIEN:

JB P0.3,TH2

MOV MOTOR1,PWM1

JMP TH4

TH2:

JB P0.4,BAT_VACH

MOV MOTOR2,PWM1

TH3:

JNB P0.2,TH5

MOV MOTOR2,PWM2

JMP BEGIN

TH4:

JNB P0.5,TH6

MOV MOTOR1,PWM2

JMP BEGIN

TH5:

JNB P0.1,TH7

MOV MOTOR2,PWM3

JMP BEGIN

TH6:

JNB P0.6,th8

MOV MOTOR1,PWM3

JMP BEGIN

TH7:

JNB P0.0,BEGIN

MOV MOTOR2,PWM4

JMP BEGIN

TH8:

JNB P0.7,BEGIN

MOV MOTOR1,PWM4

JMP BEGIN

EXIT:

MOV MOTOR1,#0

MOV MOTOR2,#0

RET

; = = = = = = = = = LAC QUA = = = = = = = = = = = =

= =

LAC:

MOV R1,#0

JB P0.0,LAC_P

JB P0.1,LAC_P

JB P0.2,LAC_P

JB P0.5,LAC_T

JB P0.6,LAC_T

JB P0.7,LAC_T

JNB P0.4,LAC_P

JNB P0.3,LAC_T

JMP lac_p

LAC_T:

call tre100ms

CLR DAO_CHIEU1

CALL TRE100MS

MOV MOTOR1,#70

MOV MOTOR2,#70

CALL delay

CALL delay

MOV MOTOR1,#0

MOV MOTOR2,#0

SETB DAO_CHIEU1

call tre100ms

LAC_P:

CLR DAO_CHIEU2

CALL TRE100MS

MOV MOTOR2,#70

MOV MOTOR1,#70

CALL delay

CALL delay

MOV MOTOR1,#0

MOV MOTOR2,#0

SETB DAO_CHIEU2

INC R1

CJNE R1,#2,LAC_T

RET

; = = = = = = = = = = = = = HAM = = = = = = = = = =

= =

HAM:

CLR DAO_CHIEU1

CLR DAO_CHIEU2

CALL TRE100MS

MOV MOTOR1,#100

MOV MOTOR2,#100

CALL DELAY

CALL DELAY

MOV MOTOR1,#0

MOV MOTOR2,#0

SETB DAO_CHIEU1

SETB DAO_CHIEU2

RET

HAM1:

CLR DAO_CHIEU1

CLR DAO_CHIEU2

CALL TRE100MS

MOV MOTOR1,#100

MOV MOTOR2,#100

CALL TRE500MS

MOV MOTOR1,#0

MOV MOTOR2,#0

SETB DAO_CHIEU1

SETB DAO_CHIEU2

RET

; = = = = = = = = = = DELAY = = = = = = = = = = = =

=

TRE4S:

MOV R6,#16

tre4s_1:

call tre100ms

DJNZ R6,tre4s_1

ret

DELAY:

MOV R6,#8

tre800ms_1:

call tre100ms

DJNZ R6,tre800ms_1

ret

TRE500MS:

MOV R6,#4

tre500ms_1:

call tre100ms

DJNZ R6,tre500ms_1

RET

tre100ms:

MOV R5,#255

tre100ms_1:

mov r4,#100

djnz r4,$

DJNZ R5,tre100ms_1

Ret

4.3. PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ NHIỄU

4.3.1. Các nguyên nhân cơ bản gây ra nhiễu

4.3.1.1. Nguyên nhân cơ khí:

Nhiễu do cơ khí gây ra chủ yếu do sự thiếu chính xác và độ cứng vững của robot

kém mà dẫn đến rung động trong quá trình chuyển động dẫn đến sự sai lệch của cảm

biến dò đường tạo nhiễu loạn khi robot bắt vạch, ngoài ra khi sự sai lệch về trọng tâm

robot lớn sẽ dẫn đến tải trọng đặt vào 2 động cơ động lực khác nhau làm robot hoạt

động khó khăn hơn trong việc đi lại và cắt góc.

4.3.1.2. Nguyên nhân do điện:

- Lỗi do bo mạch:

Trong quá trình bo mạch thường sự đi dây không ngắn ngọn sẽ dẫn đến sự từ hóa

trong mạch gây lên sự nhiễu loạn cho mạch vi điều khiển. Ngoài ra cách chọn đường

mạch quá nhỏ sẽ dẫn đến yếu dòng cũng là nguyên nhân gây nhiễu. mặt khác trong quá

trình bo khi 2 đường mạch nóng và lạnh gần nhau cũng tạo ra sự nhiễu bởi sự rò điện

gây lên sụt áp. Mặt khác cách chọn linh kiện và sự tính toán cũng rất quan trọng.

thường phần lớn nhiễu gây ra do sự sụt áp bởi sai số lớn trong quá trình tính toán.

- Lỗi do dùng linh kiện sai mục đích:

khi linh kiện dùng sai mục đính cũng gây ra ảnh hưởng về đường đi, chẳng hạn khi

ta dùng tụ lắp vàođộng cơ để tăng sự lệch pha làm động cơ chạy nhanh và khỏe hơn

đồng thời chống nhiễu dội ngược dòng của điện áp, nhưng khi robot đang chuyển động

+mà dừng lại hoặc cắt góc thì tụsẽ tích điện làm động cơ vẫn quay khi ta dừng

chuyển động gây lên sự thiếu chính xác hi dừng hoặc khi cắt góc.

- Lỗi do môi trường:

Khi robot chuyển động, nếu mặt đường đi của robot nhấp nhô gây nên cảm biến

đưa tín hiệu về khác nhau dẫn đến sai lệch, ngoài ra trên mặt sân lớp sơn có màu sắc

khác nhau cũng tạo ra điện áp đưa về khác nhau. Khi ánh sáng chiếu vào robot có cường

độ lớn và ánh sáng có cường độ cao sẽ tạo ra điện áp cảm biến đưa về robot thay đổi

cũng tạo ra nhiễu.

- Lỗi do động cơ:

Tính chất của động cơ là vật vừa tiêu thụ điện và vừa tạo ra điện. khi ta khởi

động thì động cơ là vật tiêu thụ điện hút điện áp lớn gấp 1,5-2 lần điện áp bình thường,

điều này tùy thuộc vào tải. Nhưng khi ta dừng cấp điện cho động cơ thì quán tính của

động cơ vẫn còn duy trì và tạo ra điện áp ngược tại ngõ vào, nếu ta dảo chiều trong thời

gian quá ngẵn sẽ dẫn đến: Điện áp tiêu thụ = điện áp khởi động + điện áp tải + điện áp

ngược

Điều này cũng dẫn đến sụt áp trong thời gian t rất nhỏ, nhưng cần ấy cũng đủ để tạo ra

nhiễu cho vdk và dẫn đến tình trạng reset nguồn.

Khi động cơ khởi động hút lượng điện áp lớn đặc biệt với động cơ 1 chiều điện

áp thấp nên sử dụng dòng lớn từ 2-3A nhưng khi khởi động cộng với tải nạng sẽ phải

dùng đến 6A. điều này tạo lên sự sụt áp lớn trong mạch động lực nếu ta chọn đường

mạch quá nhỏ điều đó khéo theo sự sụt áp do mạch vdk làm gây nhiễu loạn. trong động

cơ có hộp số là tạo ra tỷ số truyền khác nhau, nếu momen lớn thì tốc độ chậm và nếu tốc

độ nhanh thì momen yếu, nếu động cơ dùng cần momen lớn mà ta dùng động cơ nhanh

với dòng áp nhỏ sẽ dẫn đến quá tải và gây ra đoản mạch làm điện áp ngõ vào bằng 0 và

dẫn đến sụt áp.

- Lỗi do đi dây:

khi chế tạo robot và hoàn thiện, nếu đi dây không đúng sẽ dẫn đến nhiễu loạn.

chẳng hạn khi để dây điện áp động cơ gần dây cảm biến hặc công tắc hành trình sẽ tạo

ra nhiễu bởi khi động cơ chạy lượng dòng tiêu thụ rất lớn gây ra từ trường xung quanh

lớn, bởi vậy gây lên nhiễu loạn tín hiệu 1 của tín hiệu công tắc hành trình đưa về.

- Lỗi do lập trình:

Người lập trình không hẳn là chỉ viết chương trình cho robot chạy, mà quan trọng

nhất trong lập trình là hoàn thiện những gì mà cơ khí và điện chưa làm được, đó là vấn

đề về xử lý nhiễu. khi ta lập trình nếu sử dụng đảo chiều hặc sử dụng vòng lặp không

đúng sẽ dẫn đến treo vdk và reset nguồn. chẳng hạn trong quá trình làm việc hay khởi

động ta cần chay n động cơ. Nhưng nếu ta khởi động cùng một thời điểm thì dòng khởi

động của n động cơ sẽ quá lớn là gây nên sụt áp. Thông thường ta khởi động các động

cơ cho lệch nhau 1 khoảng thời gian t nào đó (t = 50-100ms).

4.3.2. Các phương án xử lý nhiễu.

4.3.2.1. Xử lý cơ khí:

+ Để xử lý nhiễu do cơ khí cần phải tính toán và chợ lực cho rotbot để dảm bảo

sự cứng vững.mở rộng các góc tác dụng lực để tăng ứng lực

+ Xử lý các khâu chuyển động và khớp cho trơn chu. Tra dầu mỡ và kiểm tra độ

chính xác các khâu liên kết và xử lý.

+ Lựa chọn bánh xe đúng khích thước để giảm rung động khi chuển động

4.3.2.2. Xử lý về điện :

+ Bo mạch cần mở rộng các đường mạch, thong thường là từ 0.016 inc-0.02inc.

đối với mạch động lực thường mở rộng đường mạch lớn hơn .0.2inc, mớ rộng đường

mass chung càng lớn càng tốt.

+ Đi dây trên mạch cần ngắn ngọn và tối thiểu về đường đi sao cho càng ngắn

ngọn càng tốt.

+ Bố trí linh kiện theo khối và đúng vị trí (vd: thạch anh cần phải để sát 2 chân

dao động của vdk để tăng tần số dao động) .

+ Dùng linh kiệm xử lý phải hợp lý. Chẳng hạn dung diode công suất để chống

ngược dung cho động cơ.

4.3.2.3. Xử lý do môi trường:

+ Cần che chắn cảm biến dò đường sao cho thật tốt.

+ Dung nguồn nôi cho các cảm biến chuyên dụng lớn khoảng 12v để nâng cao độ

nhạy, đồng thời không nên dung chung nguồn cảm biến với VĐK.

-Xử lý động cơ:

+ Dùng ferit từ để chống từ nhiễu và dòng ngược.

+ Dùng tự để tăng tốc độ và độ khỏe của động cớ đồng thời tụ cũng có chức

năng chống dòng ngược tốt bởi tính năng phòng nạp của tụ.

+ Dùng diode công suất cũng là biện pháp để chống dòng ngược.

4.3.2.4. Xử lý lập trình:

Khi lập trình đầu tiên cần làm là xử lý nhiễu trong chương trình bám vạch. Xử lý

các nhiễu do xung điện và xử lý nhiễu do môi trường và nhiễu do cơ khí thiếu chính

xác.

+ Để xử lý nhiễu do mặt sân thi đấu ta nên lựa chọn chương trình xử lý theo bit

để kiểm tra các bít trong vòng lặp liên tục. Kiểm tra từ giữa ra ngoài theo từng bít một

điều này chánh trường hợp cảm biến ngoài gây nhiễu khi chưa xét đến nếu robot chưa

lệch đến cảm biến đó.

+ Tạo trễ để kiểm tra các bít: thông thường nhiễu chỉ xảy ra trong thời gian rất

ngắn cỡ vài trục micro s. Chính vì thế ta tạo trế độ trễ để kiểm tra nhiễu, nếu tín hiện

kéo dài quá 50us thì thường đó không phải là tín hiệu nhiễu, chính sự phân biệt này nên

ta sẽ loại được tối đa các vấn đề nhiễu do môi trường cũng như rung động.

+ Tạo trễ khi đảo chiều động cơ: khi động cơ đảo khiểu trong 1us thì điện áp

ngược do quán tính của động cơ sẽ không giải phóng hết, điều này dẫn đến khi ta đảo

chiều quá nhanh trong 1us sẽ dẫn đến đoản mạch taij đầu vào và gây sụt áp. Vì vậy khi

lập trình cần tạo trễ để giải phóng phần điện áp ngược rồi mới cấp điện thì sẽ giảm

thiểu vấn đề sụt áp. Đồng thời khi dảo chiều role sinh ra tia lửa điện do dòng lớn, vì thế

tạo trễ cũng là biện pháp để tránh nhiễu do tia lửa điện.

+ Tạo trễ xử lý cảm biến và nhảy chương trình điều khiển: khi cảm biến dừng lại

và nằm trong vòng lặp đợi tín hiệu từ cảm biến.Nếu khi cảm biến có tín hiệu mà nhảy

luôn đến chương trình điều khiển sẽ gây ra nghẽn tín hiệu xử lý từ ram. Bởi do robot

đang trế độ chờ VDK đang hoạt động ngủ nếu ngọi chương trình đột ngột sẽ dẫn đế

không xử lý và reset VDK.

+ Khi các nhiễu đã xử lý mà robot vẫn có nhiễu xảy ra nhưng với số lần ít ta cần

phải có biện phái để loại bỏ rủi ro do nhiễu gây ra. Đó là cần tạo vòng lặp xen vào vùng

khởi tạo( vùng nút chiến thuật) , trước hết ta phải xét xem tín hiệu để nhảy đến chương

trình mà gây nhiễu là gì. Thường là tín hiệu cảm biến hoặc encoder hoặc có thể là giá trị

đếm trong ô nhớ ram, điều này tùy thuộc vào người viết chương trình. Khi ta xác định

được thì ta dung câu lệnh này trong mục chọn chiến thuật, vì vậy khi bị reset nguồn thì

vdk khởi động lại và lúc này các tín hiệu đang ở vị trí tác động và trong vòng lặp chiến

thuật câu lệnh sẽ giúp nhảy để nhãn để thực hiện tiếp công việc đó.

PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

5.1. KẾT LUẬN

Robot là sự mô phỏng những suy nghĩ và hành động cử con người. những hoạt

động của con người. Một robot được cấu thành gồm 3 phần như cơ thể con người:

+ Phần cơ khí đóng vai trò như phần khung xương.

+ Phần điện đóng vai trò như mạch máu.

+ Phần lập trình đóng vai trò là linh hồn.

Cả ba phần trên đều rất quan trọng đối với việc chế tạo robot, nếu thiếu 1 trong 3

phần đều không thể hình thành lên robot. Tuy nhiên trong số đo phần thực hiện ý tưởng

cơ khí và thực hiện cơ khí là rất khó khăn nó bao gồm tư duy và sự khéo léo và sự bền

bỉ.

Phần điện đóng vai trò như mạch máu nó là sự kết nối giữa các khâu và các khớp

góp phần tạo ra chuyển động. là năng lượng để nuôi sống cho robot.

Phần lập trình là phần nhẹ nhàng nhất nhưng đòi hỏi tư duy cao và sự khéo léo về

cách giải quyết các bài toán mà về cơ khí và điện tử không là được hặc là làm chưa tốt.

Nó là cơ sở để tạo ra bộ não cho robot, một robot thông minh và hoạt động khéo léo hay

không phụ thuộc hoàn toàn vào phần lập trình. Tuy nhiên nếu sự đáp ứng về cơ khí và

điện không tốt thì dẫu robot có thong minh cũng không thể tạo ra sự chuyển động nhịp

nhàng và chơn chu được. điều này phụ thuộc vào sự tương thích trong các khâu. Vì lẽ

đó khi chế tạo robot cần phân bổ các nhóm một cách hợp lý. Tất nhiên để làm làm nên

những con robot này chúng em cũng không thể thiếu một phần đóng góp của các thầy cô

trong bộ môn cơ điện tử. Chúng em xin trân thành cám ơn và xin kết thúc bản tường

trình đề tài tốt nghiệp robocon 2010.

5.2. KIẾN NGHỊ.

Sau cuộc thi sáng tạo robocon 2010 chúng em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ ở nhiều lĩnh vực từ nhà trường. Tuy nhiên còn một phần mong mỏi mà chúng em mong nhà trường quan tâm hơn về thể lệ và sân thi đấu, và các sự quan tâm về lịch thi vòng test trường. Chúng e hy vọng năm 2011 sắp tới sẽ có nhiều sự quan tâm của nhà trường trong những lĩnh vực đó.chúng e xin chân thành cảm ơn!

PHẦN 6: PHỤ LỤC

6.1. DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1.2: Robot trong y học. ............................................................................................ 8

Đó là những gì chúng ta được chứng kiến về sự phát triển của thế giới, nhưng chúng ta cũng cần biết rằng Việt Nam cũng có những con robot vô cùng thông minh. Đã đưa vị thế của Hình 1.4: Robot người nhân tạo. .................................................... 9

Hình 1.5: Kích thước các khối quà. ................................................................................ 10

2.1.TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN LẮP RÁP ROBOT. .......................................... 15

Loại nhôm được sử dụng làm đế robot là loại nhôm ống hình chữ nhật có kích thước 50×25mm. ................................................................................................................... 16

Sản xuất theo tiêu chuẩn Nhật Bản JIS: 2 tầng bi, càng dày 1.2mm có thể đáp ứng tốt tải trọng 50kg. Chất liệu cao su đặc chịu mài mòn, chống ồn và bảo vệ mặt sàn. Thích hợp dùng cho hệ thống tủ kính trưng bày, nhu hình 2.34:Bánh tự lựa 33

2.2.BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC TAY MÁY CỦA ROBOT. ........................................ 36

2.2.2.Phương trình động học ngược : ......................................................................... 38

Hình 2.40: Nhôm tấm dùng để bắt động cơ. .................................................................. 40

PHẦN 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ............................................................................... 49

Hình 3.1: sơ đồ khối mạch điều khiển. ........................................................................... 50

Hình 3.37: các loại cảm biến quang thong dụng. ........................................................... 71

Hình 3.46: Sơ đồ nguyên lý các khối dao động, nạp, Reset. ......................................... 84

Hình 3.51. Sơ đồ chân của TIP 2955. ............................................................................. 88

Bảng 3.8: Bảng thông số của TIP 2955 .......................................................................... 89

3.6: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH ROBOT. .................................................. 92

Hình 3.54: Mạch sơ đồ nguyên lý .................................................................................. 93

4.3. PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ NHIỄU ........................................................................ 110

PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 114

5.1. KẾT LUẬN ....................................................................................................... 114

5.2. KIẾN NGHỊ. ...................................................................................................... 114

PHẦN 6: PHỤ LỤC ..................................................................................................... 115

6.1. DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ ............................................................ 115

MỤC LỤC HÌNH ......................................................................................................... 115

MỤC LỤC BẢNG: ....................................................................................................... 116

6.2. TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 117

MỤC LỤC BẢNG:

Bảng 1.1: Yêu câu về động cơ đối vớ robot mang 7 cấu kiện.....................................13

Bảng 1.2: Yêu câu về động cơ đối vớ robot mang 1 cấu kiện.....................................13

Hình 1.2: Robot trong y học. ............................................................................................ 8

Đó là những gì chúng ta được chứng kiến về sự phát triển của thế giới, nhưng chúng ta cũng cần biết rằng Việt Nam cũng có những con robot vô cùng thông minh. Đã đưa vị thế của Hình 1.4: Robot người nhân tạo. .................................................... 9

Hình 1.5: Kích thước các khối quà. ................................................................................ 10

2.1.TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN LẮP RÁP ROBOT. .......................................... 15

Loại nhôm được sử dụng làm đế robot là loại nhôm ống hình chữ nhật có kích thước 50×25mm. ................................................................................................................... 16

Sản xuất theo tiêu chuẩn Nhật Bản JIS: 2 tầng bi, càng dày 1.2mm có thể đáp ứng tốt tải trọng 50kg. Chất liệu cao su đặc chịu mài mòn, chống ồn và bảo vệ mặt sàn. Thích hợp dùng cho hệ thống tủ kính trưng bày, nhu hình 2.34:Bánh tự lựa 33

2.2.BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC TAY MÁY CỦA ROBOT. ........................................ 36

2.2.2.Phương trình động học ngược : ......................................................................... 38

Hình 2.40: Nhôm tấm dùng để bắt động cơ. .................................................................. 40

PHẦN 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ............................................................................... 49

Hình 3.1: sơ đồ khối mạch điều khiển. ........................................................................... 50

Hình 3.37: các loại cảm biến quang thong dụng. ........................................................... 71

Hình 3.46: Sơ đồ nguyên lý các khối dao động, nạp, Reset. ......................................... 84

Hình 3.51. Sơ đồ chân của TIP 2955. ............................................................................. 88

Bảng 3.8: Bảng thông số của TIP 2955 .......................................................................... 89

3.6: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH ROBOT. .................................................. 92

Hình 3.54: Mạch sơ đồ nguyên lý .................................................................................. 93

4.3. PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ NHIỄU ........................................................................ 110

PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 114

5.1. KẾT LUẬN ....................................................................................................... 114

5.2. KIẾN NGHỊ. ...................................................................................................... 114

PHẦN 6: PHỤ LỤC ..................................................................................................... 115

6.1. DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ ............................................................ 115

MỤC LỤC HÌNH ......................................................................................................... 115

MỤC LỤC BẢNG: ....................................................................................................... 116

6.2. TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 117

6.2. TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Tống Văn Ôn & Hoàng Đức Hải (2001). Họ Vi điều khiển 80C51. Nhà xuất bản

Lao động xã hội.

[2]. Phạm Minh Hà (2002). Kỹ thuật mạch điện tử. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ

thuật.

[3]. PGS. TS. Trịnh Chất & TS. Lê Văn Uyển (2007). 7. Tính toán thiết kế hệ thống

dẫn động cơ khí. Nhà xuất bản giáo dục.

[4]. GV. Bạch Hưng Trường. Giáo trình kỹ thuật Vi Điều Khiển. Trường ĐHSPKT

Hưng Yên.

[5]. Nguyễn Bính (1995). Điện tử công suất. Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật.

[6]. TS. Phạm đăng phước. Robot công nghiệp.

[7]. Các bài viết trên http://diendandientu.com, http://picvietnam.com và một số

forum của các trường kỹ thuật.

[8]. http://dientuvietnam.net.

[9]. http://www.datasheet.catalog.com.

[10]. http://robocon.skynet.vn.

[11]. http://roboconshop.com.

[12]. http://www.vagam.dieukhien.net.

[13]. http://tailieu.vn/ky-thuat-cong-nghe/tat-ca-tai-lieu-ky-thuat-cong-

nghe.7.0.html.

[14 ]. Datasheet P89V51RD2.