Luận Văn Thiết kế, chế tạo Robot tự động tham gia Robocon 2010

Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot tự động tham gia Robocon 2010


MỤCLỤC
Nhiệmvụ đồ án Trang
MỤCLỤC . . . . . . - 1 -
DANH MỤC CÁCHÌNH . . . . . - 3 -
LỜICẢM ƠN . . . . . - 5 -
LỜINÓI ĐẦU . . . . . . - 6 -
Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG . . . . . - 7 -
1.1. Giới thiệu chungvề Robocon . . . . - 8 -
1.1.1.Giới thiệu cuộc thi sángtạo Robot. . . . - 8 -
1.1.2.Sơ đồcấu trúccủa Robot . . . . - 8 -
1.1.3. Chủ đề và lu ật thi Roboconnăm 2010 . . . . - 8 -
a. Giới thiệuvề chủ đề . . . . - 8 -
b. Khái quátvề luật thi . . . . . - 9 -
c. Cách tính điểm . . . . - 10 -
1.2. Giới thiệucơsở lý thuyết . . . . - 11 -
1.2.1. Phầncơ khí . . . . - 11 -
a. Giới thiệudụngcụcơ khí chính . . . . - 11 -
b.Giới thiệu nguy ênvật liệu, thiếtbị . . . . - 11 -
1.2.2. Phần điện . . . . . - 15 -
a. Lý thuy ếtsơlượt Vi điều khiển AVR . . . - 15 -
c. Giới thiệu linh kiện khác . . . . . - 19 -
Chương 2: PHƯƠNG PHÁP VÀNỘI DUNG NGHIÊNCỨU . . . - 20 -
2.1. Phương pháp nghiêncứu . . . . - 21 -
2.2.Nội dung nghiêncứu . . . . . - 22 -
2.2.1.Xây dựng phương án . . . . - 22 -
a. Nhiệmvụcủa Robottự động xây dựng Kimtự tháp Khafraa . . - 22 -
b.Xây dựng phương án . . . . - 22 -
2.2.2.Lựa chọn phương án chếtạo. . . . . - 27 -
2.2.3. Thiếtkế phầncơ khí . . . . . - 28 -
a. Phần đế Robottự động . . . . - 28 -
b. Phần ngã racủa giàn giữcấu kiện . . . - 30 -
c. Phần giá đỡcấu kiện và cánh tay . . . . - 32 -
2.2.4. Tính toán độnghọc chocơcấu . . . - 39 -
a. Cơcấu trượt đếcủa robot . . . . - 39 -
b.Cơcấu ngảcấu kiện . . . . - 39 -
c. Cơcấu trượt ngangtầng 2 . . . . . - 40 -
d.Cơcấu đẩy cấu kiện . . . . - 40 -
- 2-2.2.5. Thiếtkế phần điện . . . . - 41 -
a. Nguồn điệnsửdụng cho Robot . . . - 41 -
b. Khối điều khiển . . . . - 41 -
c. Khối côngtắc, nút nhấn . . . . - 45 -
d. Khối cách ly và đệm . . . . . - 46 -
e. Khối công suất . . . . - 48 -
2.2.6. Thiếtkế phầnmềm . . . . . - 50 -
a. Lưu đồ thuật toán . . . . - 50 -
Chương 3: THỬNGHIỆM VÀ PHÂN TÍCHKẾTQUẢ . . - 62 -
3.1. Thử nghiệm . . . . . . - 63 -
3.2. Phân tíchlỗi và phương phápsửa chửa và khắc phục cáclổi . . . - 63 -
Chương 4:KẾT LUẬN VÀ ĐỀXUẤT . . . - 65 -
4.1. Kết lu ận . . . . . - 66 -
4.2. Đề xuất . . . . . . - 66 -
TÀI LIỆU THAMKHẢO . . . . . - 67 -
PHỤLỤC A . . . . . - 68 -
PHỤLỤC B: Mã nguồn chương trình điều khiển: . . . . - 70 -
1. Chương trìnhcủa ATmega32: . . . . - 70 -
1.1. Robot_7qua.c . . . . - 70 -
1.2. init.h. . . . . . - 73 -
1.3. connet.h . . . . . - 75 -
1.4. control.h . . . . . . - 77 -
1.5. nut_nhan.h . . . . - 80 -
1.6. voids.h . . . . . . - 81 -
1.7. voids_nhanh.h . . . . . - 90 -
2. Chương trìnhcủa AT90S2313: tin y .c . . . - 95 -
PHỤLỤC C: Hình sân thi đấu . . . . - 100 -
- 3-DANHMỤC CÁC HÌNH
1. Hình 1.1: Sơ đồ chungcủa Robot
2. Hình 1.2: Tổng th ể sân Robocon 2010
3. Hình 1.3:
4. Hình 1.4: Hình dángmột vài loại bánh xe robot
5. Hình 1.5: Đôngcơ HànQuốc
6. Hình 1.6: Đôngcơ trục vít bánh vít
7. Hình 1.7: Mộtsố lo ại độngcơ khác
8. Hình 1.8: Sơ đồ châncủa ATmega32
9. Hình 1.9: Sơ đồ khốicủa ATmega32
10. Hình 1.10: Sơ đồ châncủa AT90S2313
11. Hình 1.11: Hình dáng vàcấutạo bên trong encoder
12. Hình 1.12: Tín hiệu racủa encodertương đối
13. Hình 1.13: Tín hiệu ra encoder tuyệt đối
14. Hình 2.1: Hình dáng và kích th ước kim tự tháp Khafraa
15. Hình 2.2: Kích thước hình dáng khốicấu kiệncố định trên Kim tư tháp.
16. Hình 2.3: Hình dáng kích th ước khốicấu kiện chính
17. Hình 2.4: Hình dáng kích th ước khốicấu kiện đỉnh
18. Hình 2.5: (a)- Cách đặtcấu kiện, (b)-,bố trí chung
19. Hình 2.6: Cách đặtcấu kiện (a),bố trí chung (b)
20. Hình 2.7 : Cáchbố trí Robot trên sân
21. Hình 2.8: Phương án3
22. Hình 2.9: Cụm chi tiết đế
23. Hình 2.10: Bộ truyền trượt đế
24. Hình 2.11: Bánh xetựlựa
25. Hình 2.12: Hình dáng thựctế độngcơ trượt đế
26. Hình 2.13: Bộ phận ngãcấu kiện
27. Hình 2.14: Cơcấu đẩy
28. Hình 2.15: Tang cuốn nhả cáp
29. Hình 2.16: Lắp độngcơ và tang cuốn
30. Hình 2.17: Tiết diện nhômkếtcấu
31. Hình 2.18: Bố trí chungcủa giá giữcấu kiện
32. Hình 2.19: Cụm chi tiếtcủacơcấu đẩycấu kiện tầng1
33. Hình 2.20: Hình dáng thựctế độngcơ đẩytầng1
34. Hình 2.21: Bộ truyền đẩycấu kiệntầng1
35. Hình 2.22: (a)- Bánh xíchbịdẫn (tỉlệ 2:1), (b)- Bánhdẫn(tỉlệ 2:1)
36. Hình 2.23: Cụmkếtcấutầng2
- 4-37. Hình 2.24: Kếtcấubộ truyền bánhrăng đairăng
38. Hình 2.25: Bánh xíchdẫntầng 2(tỉlệ 1:1)
39. Hình 2.26: Môtả chuyển động trượt đế
40. Hình 2.27: Môtả chuyển động ngãcấu kiện
41. Hình 2.28: Môtả chuyển động trượt ngangtầng2
42. Hình 2.29: Sơ đồnối acqui
43. Hình 2.30: Sơ đồ nguyên lýmạchtạo nguồn 5V
44. Hình 2.31: Sơ đồ layoutmạchtạo nguồn 5V
45. Hình 2.32: Sơ đồ nguyên lý ATmega32
46. Hình 2.33: Sơ đồ layout ATmega32
47. Hình 2.34: Sơ đồ nguyên lýcủa AT90S2313
48. Hình 2.35: Mạch layout AT90S2313
49. Hình 2.36: Khối côngtắc
50. Hình 2.37: Mạch cách lysửdụng opto PC817
51. Hình 2.38: Sơ đồ IC đệmULN2803
52. Hình 2.39: Sơ đồ nguyên lýmạchtạo nguồn công suất 12VDC
53. Hình 2.40: Mạch layout nguồn công suất
54. Hình 2.41: Sơ đồ nguyên lýmạch điều khiển độngcơ
55. Hình 2.42: Sơ đồ layout mạch điều khiển độngcơ


LỜI NÓI ĐẦU
Cơ điệntử làmột ngànhhọcmới ởnước ta, nhưng nó ngày càng khẳng định
được vai trò trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày nay vàsự phát triển
của đấtnước tr ongtương lai. Đây là ngành cósựhộitụ và đúckếtcủa ba chuy ên
ngành làcơ khí, tinhọc và điệntử màsản phẩm cuối cùngcủa nó làmộthệ thốngtự
động hóa góp phần giải phóngsức lao độngcủa con người.
Đốivới sinh viên ngànhCơ điệntử để làm quenvới cáchệ thốngtự động thì
cuộc thi sángtạo robot làmột sân chơibổ ích. Sản phẩmcủa cuộc thi này làmộthệ
thốngtự động đơn giản, nhưng nó làsựcộng tác làm việccủamột nhóm sinh viên.
Khi tham gia cuộc thi này , mỗi sinh viêncần ápdụngtấtcả những kiến thức đãhọccả
vềcơ khí,mạch điện vàlập trình vàsự bànbạc thảo luận để chếtạo thành côngmột
con rrobot, và thông qua đó làcơhội giaolưuhọchỏivới các sinh viên trường khác để
hoàn thiện các kiến th ức mình đã đượchọc trongbốnnăm đạihọc.
Vìvậy nhóm chúng em được giao thực hiện đồ ántốt nghiệp là làm robot theo
chủ đề và luậtcủa cuộc thi sángtạo Robot 2010.Từ luật chơicủa cuộc thi, nhóm em
gồm hai thành viên thực hiện đề tài “ Thiếtkế, chếtạo Robottự động tham gia
Robocon 2010” có khảnăng hoàn thành công việcmà luật chơi y êucầu.

Chương 1:
GIỚI THIỆU CHUNG
- 8-1.1. Giới thiệu chungvề Robocon
1.1.1. Giới thiệu cuộc thi sángtạo Robot
Robocon, viếttắtcủa chữ Robot Contest, là cuộc thi sángtạo robot Châu Á Thái
BìnhDươnghằngnăm. Cuộc thi đượctổ chứclần đầu tiên vàonăm 2002tại NhậtBản
có 20 đội đếntừ các quốc gia trong khuvực tham gia và Việt Nam đãlần đầu tiên
đăng quang trong cuộc thi này .Từ đó đến nay , Robocon Việt Nam đã balần đạt chức
vô địchvới các đại diện tiêu biểu cho tinh thầnhọctập và sángtạocủa sinh viên Việt
Nam.
Cuộc thi này đã thu hút khá nhiều sinh viên trong khuvực và trongnước y êu
khoahọc, công nghệ tham gia. Đã córất nhiều th ếhệ sinh viên đạt được nhiều thành công
từ những kì thi nà y .
Trường Đạihọc Nha Trangcũng nhiềunăm tham gia cuộc thi sángtạo Robot trong
nước và đã đạt được những thành tích nhất định.
1.1.2. Sơ đồcấu trúccủa Robot
Hình 1.1. Sơ đồ chungcủa Robot.
1.1.3.Chủ đề và luật thi Roboconnăm 2010
a. Giới thiệuvề chủ đề
Cuộc thi sángtạo Robot châu Á - Thái BìnhDương 2010, đượctổ chứctại
Cairo–AiCậpvới chủ đề là: Robo-Pharaohs xây Kimtự tháp (Robo-Pharaohs Build
Py ramid).
Ýtưởng này đượcdựa trên việcmộtcỗ máy th ời gian ảo đưa những người thợ
xâydựng Kimtự thápcủa AiCập vào trong phònghọccủa các trườngkĩ thuật.Mục
tiêumới là xây dựng các phầncủa ba Kimtự tháp theo trìnhtự. Các thành viên trong
đội phải cósự nhanh nhẹn, chính xác và phốihợptốt.Họ phải tuân theo quy định
không đượcsửdụngbấtkỳmộtvật liệukết dính nào giữa các khốicấu kiện.
Bộ điều
khiển trung
tâm
Đốitượng
Nút nhấn
Start
Cơcấu chấp
hành
Côngtắc
hành trình
Encoder Cảm biến dò
đường
Cảm biến
khác
LED
- 9-Đội chiến thắnggọi là “Robo-Pharaoh” là đội hoàn thành việc xâydựng các phần
của 3 Kimtự tháp nhanh nhất. Trong vòng 3 phút, đội đỏ và đội xanhsẽ thi đấuvới
mục đíchtạodựnglạimột trongbảyKỳ quancủa thế giớicổ đại.
b. Khái quátvề luật thi
Hình 1.2:Tổng thể sân Robocon 2010
-Mỗi trận thi đấugồm có hai đội xanh (blue) và đội đỏ (red).
-Mỗi đội phải xây dựng hoàn thành 3 kimtự tháp:
+ Thứ nhất là Kimtự tháp Khufu do Robot điều khiểnbằng tay thực hiện trong
thời gian 90 giây để đặt:
· 3 khốicấu kiện ởtầng thứ nhất.
· 3 khốicấu kiện ởtầng thứ hai.
· 1 khốicấu kiện ởtầng thứ ba.
· 1 khốicấu kiện vàng ở đỉnh.
+ Thứ hai làKim tự tháp Khafraasẽ domột hoặc hai Robottự động trong thời gian
60 giây xâ y dựng:
· 3 khốicấu kiện ởtầng thứ nhất.
· 3 khốicấu kiện ởtầng thứ hai.
· 1 khốicấu kiện ởtầng thứ ba.
· 1 khốicấu kiện vàng ở đỉnh.
+ Cuối cùng là việc hoàn thànhKim tự tháp Mankaura domột Robottự động trong
thời gian 30 giây để đặt:
Khuffu
Khafaraa
Mankaura
Khuvựcbằng tay
(đội đỏ)
Khuvựcbằng tay
(đội xanh)
Khuvựctự động
một(đội đỏ)
Khuvựctự động
một(đội xanh)
Khuvựctự động
hai(đội đỏ)
Khuvựctự động
hai(đội xanh)
- 10-· 1 khốicấu kiện ởtầng giữa.
· 1 khốicấu kiện vàng ở đỉnh.
- Robot xây dựng Kimtự tháp Mankauraa phải theomột trìnhtự như sau: trước khi
cánh tay Robottự động này chạm vào khối đỉnh phải đặt hoàn thành khối cáccấu
kiện ởtầngdướicủaKimtự tháp Mankauraa.
- Đội nào hoàn thành việc xây dựng baKimtự tháp trước là đội“Robo-Pharaoh” và
là đội chiến th ắng. Trong trườnghợp không có đội nào giành được“Robo-Pharaoh” thì phần thắngsẽ thuộcvề đội cósố điểm caohơn.
-Mỗi trận đấu kéo dài 3 phút.
- Chi tiếtvề luật chơi và sân thi đấu tham khảotạiwebsite:
http://robocon2010.vtv.gov.vn
- Sân thi đấu xem PHỤLỤC C
c. Cách tính điểm
-Vớitừng khốicấu kiện trênmỗitầngcủa ba Kimtự tháp, saisốtối đa cho phép là
25mm theo phương ngang. Không được phép có saisố trong các phương khác.
-Vớimỗi khốicấu kiện thường, trong trườnghợpvượt quá saisố cho phépsẽ không
được tính điểm.Với khốicấu kiện vàng,nếuvượt quá saisố cho phép thì chỉ được
tínhmộtnửasố điểm.Mọi khốicấu kiện,kểcả khối vàngnếu đặt không theo
phươngnằm ngang thìsẽ không được tính điểm.
+ Kim tự tháp Khufu (22 điểm):
· 1 điểm chomỗi khốicấu kiện ởtầng giữa th ứ nhất.
· 2 điểm chomỗi khốicấu kiện ởtầng giữa th ứ hai.
· 3 điểm chomỗi khốicấu kiện ởtầng giữa th ứ ba.
· 10 điểm cho khốimầu vàng ở đỉnh tháp.
+ Kim Tự Tháp Khafraa (44 điểm):
· 2 điểm chomỗi khốicấu kiện ởtầng giữa th ứ nhất.
· 4 điểm chomỗi khốicấu kiện ởtầng giữa th ứ hai.
· 6 điểm chomỗi khốicấu kiện ởtầng giữa th ứ ba.
· 20 điểm cho khốimầu vàng ở đỉnh tháp.
+ Kim tự tháp Mankaura (24 điểm):
· 4 điểm giành chomột khốicấu kiệntạitầngdưới.
· 20 điểm giành cho khốicấu kiện vàng trên đỉnh.
+ Kết quảcủa trận đấusẽ được côngbố sau 3 phút thi đấu như sau:
· Tổngsố điểm ghi đượccủamỗi độisẽ được côngbố sau khi đã trừ đi các
điểm phạm lu ật.
· Đội được tôn vinh là "Robo-Pharaoh"sẽ đượccộng thêm 30 điểm có nghĩa là
tổngsố điểm đạt được lêntới 120 điểm.
· Phần thắngsẽ thuộcvề đội có điểm số caohơn đội kia.


TÀI LIỆU THAMKHẢO
[1]. GS.TSNguy ễn TrọngHiệp
Chi Tiết Máy -Tập 2
Nhà xuấtbản GiáoDục- 2003.
[2]. TS Phạm Đăng Phước
Robot Công Nghiệp
Nhà xuấtbản Xây Dựng.
[3]. PTS. Phạm Hùng Thắng.
Giáo trìnhhướngdẫn thiếtkế đồ án mônhọc chi tiếtmáy
Nhà xuấtbản Nông nghiệp – TP. Hồ Chí Minh,1995
[4].NgôDiênTập.
Kỹ thuật vi điều khiểnvới AVR.
Nhà xuấtbản Khoahọc vàKỹ thuật- 2003
[5]. TS. Vũ Thăng Long.
Bài giảng Lý thuyết điều khiểntự động.
Trường Đạihọc Nha Trang.
[6].GV TrầnVăn Hùng.
Bài giảngKỉ Thuật ỨngDụng Vi Điều Khiển.
Trường Đạihọc Nha Trang.
[7]. Các website
www. hocavr.com
www.hocdelam.org
www.bachkhoafourm.com
www.spkt.net
www.tudonghoa.net
www.atmel.com
www.picvietnam.org
http://robocon2010.vtv.gov.vn
http://www.dientuvietnam.net
http://cdtvn.net
http://***********
http://alldatasheet.com/