Đồ Án chế tạo robot điều khiển bằng tay tham gia cuộc thi robocon

LỜI NÓI ĐẦU
Vào những năm đầu thế kỷ 20, “robot” là một khái niệm hết sức mới mẻ. Thuật ngữ “robot” xuất hiện đầu tiên trong một vở kịch khi tác giả mô tả về những cỗ máy có khả năng làm việc thay thế con người. Trải qua nhiều giai đoạn phát triển, ngày nay, hình ảnh của những chú robot đã trở nên quen thuộc và gần gũi với chúng ta hơn bao giờ hết.
Gọi là “chú robot”, chúng ta dễ liên tưởng đến những “con người được làm bằng máy”. Điều này chỉ đúng ở giai đoạn sơ khai khi khái niệm robot vừa mới ra đời bởi các nhà phát minh hầu như chỉ hướng đến những robot mang dáng dấp con người. Kết quả là họ cho ra đời những chú robot giống người và có thể thực hiện những động tác đơn giản. Điểm hạn chế của những robot này là không được thông minh và cũng không được ứng dụng nhiều. càng về sau, con người càng trở nên thực tế hơn. Họ không đặt nặng vấn đề hình dáng nữa. họ cần những robot có thể thực thi một công việc rõ rệt. Chính vì vậy, đa số những robot ngày nay chỉ mang hình dạng một bộ phận nào đó của con người hoặc thậm chí hoàn toàn không giống con người.
Trong xu hướng phát triển kỹ thuật hiện nay, là người hoạt động trong lĩnh vực Cơ điện tử, những kiến thức cơ bản về robot là hoàn toàn cần thiết. Với suy nghĩ trên, cùng với niềm yêu thích robot,chúng em cảm thấy thật thú vị khi thực hiện đề tài “Thiết kế, chế tạo robot điều khiển bằng tay”.


MỤC LỤC
MỤC LỤC 4
1.1. CHỦ ĐỀ VÀ LUẬT CHƠI. 7
1.1.1. Chủ đề của cuộc thi 7
1.1.2. Luật thi đấu. 9
1.2. NHỮNG YÊU CẦU VÀ GIẢI PHÁP THỰC HIỆN THIẾT KẾ ROBOT. 10
1.2.1.Những yêu cầu chung của robot:. 10
1.2.2.Những giải pháp thực hiện chế tạo Robot. 12
1.2.2.1.Hướng thực hiện thiết kế:. 12
1.2.2.2. Những giải pháp về thiết kế cơ khí. 13
1.2.3.Những giải pháp thiết kế mạch điện. 13
1.2.3.1.Yêu cầu về động cơ:. 13
1.2.3.2.Các yêu cầu chung về mạch điện cho các Robot. 14
PHẦN 2:THIẾT KẾ CƠ KHÍ. 15
2.1.TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN LẮP RÁP ROBOT. 15
2.1.1.Kích thước phần đế. 15
2.1.2. Vật liệu sử dụng làm đế. 16
2.1.3. Thiết kế bánh xe:. 17
2.2.BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC TAY MÁY CỦA ROBOT. 19
2.2.1. Phương trình động học thuận:. 19
2.2.2: Phương trình động học ngược. 20
2.3: LẮP RÁP ROBOT. 21
2.3.1. Chọn động cơ. 21
2.3.2.Chọn bánh trước và cách lắp:. 24
2.3.3. Thiết kế phần trụ cho robot. 25
2.3.4 Chọn động cơ nâng hạ. 27
2.3.5. Thiết kế tay xúc quà. 27
2.3.6.Thiết kế cánh tay kẹp đế (Candle base ). 29
2.3.6.1.Ưu ,nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén. 29
2.3.6.2. Chọn xi lanh,van điều khiển khí nén. 30
PHẦN 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN 34
3.1: KHỐI ĐỘNG LỰC. 34
3.1.1.Động cơ điện 1 chiều sử dụng trong robot. 34
3.1.1.1.Lý thuyết về động cơ. 34
3.1.1.2.Kinh nghiệm chọn động cơ. 36
3.1.2.Điều khiển chiều quay động cơ (đảo chiều động cơ). 37
3.1.2.1.Dùng van bán dẫn. 37
3.1.2.2. Mạch điện dùng L293B (L298). 37
3.1.2.3.Sử dụng Rơle để đảo chiều động cơ. 38
3.1.3.Điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều. 38
3.1.4.Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của khối động lực. 40
3.1.4.1.Sơ đồ nguyên lý. 40
3.1.4.2.Nguyên lý hoạt động. 41
3.1.5.Lựa chọn van và tính toán công suất cho mạch động lực. 42
3.1.5.1.Động cơ sử dụng trong robot. 42
3.1.5.2.Van bán dẫn IRF 540N. 42
3.1.5.3.Transistor NPN D468 và PNP B562. 43
3.1.5.4.Opto PC817. 44
3.2: KHỐI VI XỬ LÝ. 44
3.2.1.Chức năng. 44
3.2.3 Sơ đồ chân và chức năng các chân P89V51RD2. 46
3.2.3.1. Sơ đồ chân P89V51RD2. 46
3.4. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG 48
3.5. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ P89V51RD2
3.6. KHỐI PHÍM BẤM . 55
3.7. KHỐI NGUỒN. 56
3.7.1.Cấu tạo, chức năng các phần tử trong khối nguồn. 56
3.7.1.1. IC LM7805. 56
3.7.1.2. B688. 57
3.7.2.Sơ đồ nguyên lý. 57
3.7.3.Nguyên lý làm việc. 58
3.8: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH ROBOT. 60
PHẦN 4:LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 62
4.1.LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ROBOT. 62
4.2.CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN. 65
4.3. PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ NHIỄU 75
4.3.1. Các nguyên nhân cơ bản gây ra nhiễu. 75
4.3.1.1. Nguyên nhân cơ khí:. 75
4.3.1.2. Nguyên nhân do điện:. 75
4.3.2. Các phương án xử lý nhiễu. 77
4.3.2.1. Xử lý cơ khí:. 77
4.3.2.2. Xử lý về điện :. 77
4.3.2.3. Xử lý do môi trường:. 77
4.3.2.4. Xử lý lập trình:. 77
PHẦN 5: KẾT LUẬN 79
PHẦN 6: PHỤ LỤC 80
6.1. DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ 80
6.2. TÀI LIỆU THAM KHẢO 82
PHẦN 6: PHỤ LỤC6.1. DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼMỤC LỤC HÌNH
Hình 1.1:Sân thi đấu tổng quát 8
Hình 1.2:Kích thước các Joss Stick Pots ( chậu nhang). 10
Hình.1.3:Kích thước Candle base (cái đế dưới cùng đề trang trí Karthong). 11
Hình 1.4:Kích thước các Joss Sticks ( nén nhang). 12
Hình 2.1.Robot bằng tay. 15
Hình 2.2: Kích thước phần đế robot bằng tay. 16
Hình 2.3:Bánh omni dùng trong robot. 17
Hình 2.4: Bánh xe nhôm đúc. 18
Hình 2.5: Kích thước bánh nhôm. 18
Hình 2.6:Kết cấu của robot 19
Hình 2.7: Cách thức truyền động cho robot 22
Hình 2.8: Buli nối vào đầu trục động cơ. 22
Hình.2.9: Puli trung gian(giảm tốc). 22
Hình 2.10: Dây đai nối buli với bánh robot 23
Hình 2.11: cách bắt động cơ cho bánh sau. 23
Hình 2.12: Hình dạng thực tế của bánh omi. 24
Hình 2.13:cách bắt bánh trước. 24
Hình 2.14: Đế toàn diện của động cơ. 25
Hình 2.16:kích thước trụ. 26
Hình 2.17: Puli trượt 27
Hình 1.18: Kích thước tay xúc quà. 28
Hình 2.19:kích thước cánh tay. 28
Hình.2.23: Đĩa gắp nhang. 32
Hình.2.24: Kích thước đĩa gắp nhang. 32
Hình 2.25. Động cơ xoay đĩa gắp nhang. 33
Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển. 34
Hình 3.2:Nguyên tắc hoạt động của động cơ một chiều. 35
Hình 3.3: Một số động cơ được dùng trong Robot. 36
Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H 37
Hình 3.5: Hình dạng và sơ đồ chân L293. 38
Hình 3.6. Khi thay đổi duty cycle, ta sẽ có điện áp trung bình thay đổi 39
Hình 3.7. minh họa giải thuật phương pháp điều biến độ rộng xung. 39
Hình 3.8:Sơ đồ nguyên lý khối động lực. 40
Hình 3.9:Sơ đồ nguyên lý khối đảo chiều và thay đổi tốc độ động cơ. 40
Hình 3.10:Nguyên lý kết nối mạch động lực và mạch điều khiển. 41
Hình 3.11: Hình dạng, sơ đồ chân, kí hiệu trên mạch điện của IRF540N 43
Hình 3.13. Sơ đồ chân IC P89V51RD2. 46
Hình 3.18 Sơ đồ mạch vi điều khiển. 53
Hình 3.19. Gampad. 55
Hình 3.20: Hình dạng và sơ đồ chân LM7805. 56
Hình 3.21. Sơ đồ chân của TIP B688. 57
Hình 3.22:Khối nguồn điều khiển. 58
Hình 2.23: Khối nguồn động lực. 58
Hình 3.24: Mạch sơ đồ nguyên lý. 61
Hình 4.1. Lưu đồ giải thuật đi thẳng. 62
Hình 4.2. Lưu đồ giải thuật đi lùi 62
Hình 4.3. Lưu đồ giải thuật rẽ phải 63
Hình 4.4 Lưu đồ giải thuật rẽ trái 63
Hình 4.5. Lưu đồ giải thuật nâng. 64
Hình 4.6. Lưu đồ giải thuật hạ. 64

MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1.1. Yêu cầu về động cơ đối với robot bằng tay . 13
Bảng 2.1: Bảng DH 20
Bảng 4.1. Chức năng các chân của port3 .47
Bảng 4.5. Tóm tắt chức năng các bit của thanh ghi CMOD .49
Bảng 4.6. Tóm tắt chức năng các bit của thanh ghi CCON . 49

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://***********/ky-thuat-cong-nghe/tat-ca-tai-lieu-ky-thuat-congnghe.7.0.html.
[14 ]. Datasheet P89V51RD2.