Thiết kế và chế tạo robot tham dự cuộc thi robocon toàn quốc 2005 » với chủ đề « lửa thiêng rực sáng trường thành »

Thiết kế và chế tạo robot tham dự cuộc thi robocon toàn quốc 2005 » với chủ đề « lửa thiêng rực sáng trường thành »

LỜI NÓI ĐẦU



Trong các hệ thống sản xuất tự động, Robot là một thiết bị không thể thiếu được,

nó cho phép ta nâng cao khả năng kinh tế và hiệu quả sử dụng của hệ thống Nghiêncứu, phát triển và ứng dụng các hệ thống trí tuệ nhân tạo trong thiết kế chế tạo cácRobot thông minh là một xu hướng phát triển rất triển vọng của công nghệ Robottrong tương lai Ở nước ta, lĩnh vực này còn rất mới mẻ, tuy nhiên nó là xu hướng pháttriển tất yếu khi chúng ta giải phóng con người ra khỏi những công việc nặng nhọc,những công việc nhàm chán, có tính lặp đi lặp lại và những công việc làm trong môitrường độc hại…

Robot là một lĩnh vực khoa học có liên quan đến nhiều phạm trù kiến thức củanhiều ngành khoa học khác nhau, trong số đó dễ nhận thấy nhất là các ngành cơ học,

cơ khí chế tạo chính xác, kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin và điều khiển học.Thực hiện đề tài « Thiết kế và chế tạo Robot tham dự cuộc thi Robocon toàn quốc

2005 » với chủ đề « Lửa thiêng rực sáng trường thành » là một điều kiện tốt để em cóthể học hỏi kinh nghiệm và kiểm nghiệm những kiến thức mà em đã được học ở nhàtrường Sự mới mẽ, độc đáo của cuộc thi đã tạo nên những thử thách thật sự cho em.Đứng trước những thử thách đó chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót,khuyết điểm chưa thể vận dụng các kiến thức đã học một cách hợp lý nhất Vì vậy emluôn mong nhận được những chỉ bảo tận tình của quý thầy cô giúp em hoàn thiện hơn.Trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều ý kiến đónggóp từ các thầy cô và bạn bè Trong đó có thầy Lê Cung, thầy Lê Xứng đã giúp đỡ vàtạo điều kiện thuận lợi cho em nghiên cứu, tìm hiểu và hoàn thành đề tài theo đúngthời gian quy định

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô đã giảng dạy em trong những nămhọc vừa qua Cảm ơn thầy Lê Cung, thầy Lê Xứng, các cán bộ ở phòng thí nghiệm tựđộng hoá khoa PFIEV cùng bạn bè đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt

đề tài thực tế này

  

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 2

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ LUẬT CHƠI 3

1.1 Chủ đề cuộc thi 3

1.2 Sân thi đấu 3

1.3 Các Robot 7

1.4 Các bộ phận khác (Quả bóng nhiên liệu) 8

1.5 Các trận đấu 8

1.6 Phạm lỗi và trừ điểm 9

1.7 Truất quyền thi đấu 9

1.8 An toàn trong trận đấu 9

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN CHIẾN THUẬT VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ROBOT 10

2.1 Phân tích các phương án chiến thuật 10

2.2 Các phương án thiết kế Robot 11

2.3 Phương án lựa chọn để thiết kế 24

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ROBOT VÒNG NGOÀI TÍNH TOÁN SỨC BỀN MỘT SỐ CỤM CHI TIẾT CHỦ YẾU 25

3.1 Chức năng và cấu trúc tổng quan của Robot vòng ngoài 25

3.2 Thiết kế cơ khí Robot vòng ngoài 26

3.3 Thiết kế động học, động lực học Robot 28

3.4 Tính toán sức bền 34

CHƯƠNG IV: GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51 37

4.1 Tổng quát về kỹ thuật vi điều khiển 37

4.2 Tổng quan về cấu trúc phần cứng vi điều khiển AT89C51 40

4.3 Sơ đồ khối của chip AT89C51 41

4.4 Khảo sát sơ đồ chân AT89C51 và chức năng từng chân 42

4.5 Cấu trúc bên trong vi điều khiển AT89C51 45

4.6 Tóm tắt tập lệnh của AT89C51 52

CHƯƠNG V: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ROBOT VÒNG NGOÀI 56

5.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 56

5.2 Vi điều khiển AT89C51 56

5.3 Thiết kế mạch điều khiển công suất 59

5.4 Hệ thống Rơle 66

5.5 Sơ đồ hệ thống điều khiển 70

CHƯƠNG VI: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT VÒNG NGOÀI 72

6.1 Các phương pháp bố trí cảm biến điều khiển 72

6.2 Lưu đồ thuật toán Robot vòng ngoài 75

KẾT LUẬN 94

PHỤ LỤC A : MỘT SỐ BẢN VẼ 95

PHỤ LỤC B: CHƯƠNG TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51 CHO ROBOT VÒNG NGOÀI 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

và qui tắc dưới đây :

“ Lửa thiêng rực sáng Trường Thành ”(“ Climb on the Great Wall Light the holy fire ”)Trường thành là một trong những kiến trúc xây dựng hoành tráng nhất trên thếgiới Di tích cổ xưa này đã không chỉ là một di sản văn hoá nổi bật của Trung Quốc màcòn là nơi du lịch hấp dẫn nổi tiếng thế giới Du khách nước ngoài tới Trung Quốcthường cho rằng chuyến du lịch sẽ chưa hoàn hảo nếu chưa tới trường thành, nơi đóchính là một biểu tượng của nền văn minh Trung Hoa cổ xưa và là một minh chứngcho sức mạnh của con người có thể tạo nên diện mạo của thế giới Có một câu ngạnngữ của Trung Quốc rằng: "Bất đáo trường thành phi hảo hán", vậy thì chúng ta hãycùng vượt lên tháp của trường thành và thắp sáng ngọn lửa thiêng

Robot tham dự cuộc thi phải lên trường thành và bỏ những quả bóng nhiên liệuvào năm ngọn đuốc và bốn đài lửa Thời gian cho mỗi trận đấu là 3 phút

1.2 Sân thi đấu

(1) Sân thi đấu là một khu vực hình vuông có kích thước là 14000mm x 14000mm (2) Mặt sàn sân thi đấu được làm bằng các tấm nhựa Vinyl có độ dày 2mm Những

phần tiếp nối trên bề mặt các tấm nhựa có thể được dán bằng băng dính không bóng(non-shiny vinyl tape)

(3) Sân thi đấu được bao quanh bằng một rào cản gỗ cao 100mm và dày 30mm.

(4) Sân thi đấu bao gồm “Vùng Robot bằng tay”, “Đài lửa” và “Vùng Robot tự động”

và gồm cả “Vùng tháp báo hiệu”

(5) Vùng tự động:

a Vùng tự động là một hình vuông có kích thước 9000mm x 9000mm.

b Vùng tự động được bao quanh bằng rào cản gỗ cao 100mm và dày 30mm.

c “Khu xuất phát cho máy tự động” có kích cỡ 1000mm x 1000mm được đặt ở

vùng tự động và hai khu xuất phát này của hai đội đối diện với nhau

d Chỉ có Robot tự động được hoạt động trong vùng tự động Đường chỉ dẫn màu

trắng rộng 30mm được vạch trên vùng tự động

e Một khu vực hình bát giác trồi lên có độ cao 100mm nằm ở trung tâm vùng tự

động được gọi là “Vùng tháp báo hiệu” (beacon tower zone) Khu vực này có bốncạnh dài 2000mm và bốn cạnh kia dài 1414mm Dọc theo hai cạnh dài 2000mm đốidiện nhau có hai đường dốc tỷ lệ 1:5 nối phần khu vực sàn cao hơn với phần sànphía dưới

f Trong vùng tự động có đặt năm ngọn đuốc (torches) Ngọn đuốc chính cao nhất

có độ cao là 1800mm được đặt tại trung tâm của “Vùng tháp báo hiệu” (beacontower zone) Những ngọn đuốc còn lại (ngọn đuốc vòng ngoài) có độ cao 1500mmđược bố trí xung quanh ngọn đuốc chính

g Ngọn đuốc là một chiếc khay trong suốt, với phần miệng để trống, được gắn trên

đỉnh một chiếc cột đuốc Ngọn đuốc chính được chia làm các phần bằng nhau vớimàu đỏ, xanh đậm và xanh nhạt và được gọi là phần năng lượng đỏ, xanh đậm,xanh nhạt tương ứng Mỗi ngọn đuốc vòng ngoài được chia ra thành hai phần bằng

nhau có màu xanh đậm và đỏ và cũng được gọi là phần năng lượng xanh đỏ tươngứng Trên thân ngọn đuốc chính có gắn một đĩa đánh dấu với các màu tương ứng.Riêng ngọn đuốc chính có thể xoay quanh trục của nó trên cột nếu trong cuộc chơi

có một lực tác động vào Các ngọn đuốc khác không xoay được

(6) "Đài Lửa":

Bốn đài lửa có đường kính 1200mm được đặt ở bốn góc của vùng tự động Đĩanhiên liệu có đường kính 600mm được đặt tại trung tâm của đài lửa Đĩa nhiên liệu có

độ cao 100mm so với mặt sàn cùng với một đường bo viền rộng 50mm Độ sâu của đĩa

là 30mm Một đường dốc rộng 350mm là cầu nối cho đĩa và mặt sàn

(7) Vùng Robot điều khiển bằng tay:

a Vùng Robot điều khiển bằng tay bao quanh vùng Robot tự động và đài lửa.

b Hai kho chứa nhiên liệu dành cho cả hai đội được đặt đối diện nhau tại vùng

Robot điều khiển bằng tay, và mỗi kho chứa nhiên liệu này được xếp 16 quả bóngnhiên liệu

c Khu xuất phát của Robot điều khiển bằng tay là một hình vuông có kích thước

1000mm x 1000mm, được đặt ở giữa cạnh của vùng Robot điều khiển bằng tay.Hai khu xuất phát của hai đội được đặt ở vị trí đối diện với nhau

Hình 1.1 Sơ đồ sân chơi

Hình 1.2 Kết cấu ngọn đuốc chính

Hình 1.3 Kết cấu ngọn đuốc vòng ngoài

1.3 Các Robot

Mỗi đội tham dự phải chế tạo một hoặc cả hai loại máy điều khiển bằng tay vàđiều khiển tự động Không giới hạn về số lượng máy tự động nhưng mỗi đội chỉ đượcphép chế tạo một Robot điều khiển bằng tay

(1) Robot điều khiển bằng tay:

a Các máy điều khiển bằng tay phải được vận hành thông qua bộ điều khiển từ xa

sử dụng dây cáp; hoặc điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại, tia nhìn thấy, sóng âm.Không được sử dụng sóng vô tuyến Người điều khiển không được phép trực tiếplái máy điều khiển bằng tay (không được ngồi lên máy)

b Trong trường hợp sử dụng dây cáp, điểm kết nối giữa máy điều khiển bằng tay

và hộp điều khiển phải đặt cách mặt sàn ít nhất là 1000mm Độ dài của cáp điềukhiển tính từ máy cho đến hộp điều khiển không được vượt quá 3000mm

c Sau khi trận đấu bắt đầu, các thành viên đội tuyển không được phép chạm vào

Robot điều khiển bằng tay

(2) Robot tự động:

a Máy tự động phải tự động hoàn toàn.

b Tất cả các phần tách ra từ máy tự động được coi là một máy tự động, nó cũng

phải có cơ chế như một máy tự động

c Trước khi trận đấu bắt đầu, mỗi đội chỉ được chất tối đa là 16 quả bóng nhiên

liệu lên máy tự động

d Mỗi máy tự động sẽ được khởi động chỉ bằng một thao tác.

e Máy tự động được phép di chuyển tới bất kỳ vùng nào trên sân, ngoại trừ vùng

“Đài lửa” và khoảng không phía trên của vùng này

f Sau khi trận đấu được bắt đầu, tất cả các máy tự động có thể được khởi động lần

lượt, nhưng các thao tác khởi động phải kết thúc trong vòng 20 giây, sau đó cácthành viên phụ trách việc khởi động máy phải rời sân thi đấu ngay và đứng ngoàihàng rào gỗ Những máy tự động nào không hoàn thành việc khởi động trong thờigian quy định trên sẽ phải để nguyên tại khu xuất phát

g Khi máy tự động đã xuất phát, các thành viên đội tuyển không được phép chạm

vào máy đó

h Các Robot tự động của một đội không được phép liên lạc với nhau dưới mọi

hình thức

(3) Phương pháp điều khiển:

a Chỉ một thành viên trong đội được điều khiển Robot bằng tay trong khu vực sân

chơi

b Đối với các máy tự động, mỗi trận đấu một đội chỉ được khởi động lại (retry)

một lần, sau khi đội đó ra hiệu xin được khởi động lại và được sự chấp thuận củatrọng tài Bất kỳ thành viên nào của đội tuyển cũng có thể được phép khởi động lạibất kỳ (các) máy tự động nào bắt đầu từ khu xuất phát Tất cả những thao tác khởiđộng lại cũng phải được hoàn tất trong vòng 20 giây Sau đó những thành viên phụtrách việc khởi động lại (các) máy phải rời sân thi đấu ngay và đứng ngoài hàng rào

gỗ Người vận hành máy tự động chỉ được phép vào sân thi đấu khi thực hiện thaotác khởi động máy, kể cả khi khởi động lại

(4) Nguồn cấp năng lượng:

a Mỗi đội phải tự chuẩn bị nguồn cho tất cả các máy trong suốt trận đấu.

b Điện áp của nguồn cấp phải dưới 24V DC

c Các nguồn cấp mà Ban Tổ Chức cho là nguy hiểm hoặc không phù hợp sẽ không

được phép sử dụng

(5) Khối lượng:

a Tổng khối lượng các máy của mỗi đội không được vượt quá 50kg.

b Tổng khối lượng bao gồm khối lượng của nguồn cấp năng lượng, dây cáp, bộ

điều khiển và các phần khác của Robot

(6) Kích cỡ:

a Các máy tự động phải có kích cỡ sao cho đặt vừa trong khu xuất phát

(1000mm x 1000mm x 1500mm)

b Sau khi trận đấu bắt đầu và các máy tự động rời khu xuất phát, chúng có thể tách

ra và hình dáng có thể thay đổi tuỳ ý, nhưng độ cao của mỗi máy sẽ không đượcvượt quá 2000mm

c Máy điều khiển bằng tay phải đặt vừa trong khu xuất phát 1000mm x 1000mm x

1500mm

d Sau khi trận đấu bắt đầu và máy điều khiển bằng tay rời khu xuất phát, nó có thể

thay đổi kích cỡ tuỳ ý nhưng độ cao không vượt quá 1500mm và không được táchrời

1.4 Các bộ phận khác (Quả bóng nhiên liệu)

(1) Các quả bóng nhiên liệu là mô hình quả bóng rổ thu nhỏ có đường kính là 150mm

và cân nặng 150g

(2) Áp suất bên trong quả bóng được kiểm soát sao cho bóng ít đàn hồi Độ nảy của

bóng khi thả từ độ cao 1m xuống mặt gỗ cứng không được vượt quá 150mm ± 50mm

(3) Hai đội thi đấu dùng bóng có màu đỏ và xanh đậm.

1.5 Các trận đấu

(1) Các vòng thi: (Cuộc thi diễn ra theo 2 vòng: loại và chung kết)

(2) Thời gian thi đấu:

a Mỗi trận đấu kéo dài 3 phút Tuy nhiên, trận đấu có thể kết thúc sớm hơn nếu

Ø Vào cả bốn đĩa nhiên liệu, mỗi đĩa ít nhất một bóng nhiên liệu

Điều đó khẳng định rằng đội đó đã hoàn tất "Vượt trường thành - Thắp lửathiêng", và trận đấu ngay lập tức được dừng lại Đội đó dành chiến thắng tuyệt đối

b Việc sắp đặt và hiệu chỉnh máy trước trận đấu sẽ phải hoàn thành trong vòng 1

phút sau khi nhận được tín hiệu sắp đặt hiệu chỉnh

(3) Cách tính điểm:

a Điểm được tính sau khi trận đấu kết thúc.

b Bất kỳ một bóng nhiên liệu nào nằm lại khay của ngọn đuốc hoặc đĩa nhiên liệu,

mà tách rời khỏi Robot đều được tính điểm Điểm cho mỗi bóng được tính như sau:

Ø Một bóng nhiên liệu ở phần khay (nhiên liệu) của ngọn đuốc chính ghi được 5điểm

Ø Một bóng nhiên liệu ở khay nhiên liệu của ngọn đuốc vòng ngoài ghi được 1điểm

Ø Một bóng nhiên liệu ở đĩa nhiên liệu của đài lửa ghi được 1 điểm

c Tất cả phần khay nhiên liệu của ngọn đuốc chính phải được ghi điểm bằng Robot

tự động nằm tại vùng "Tháp báo hiệu"

d Đối với phần khay màu xanh lá cây và đĩa nhiên liệu, các bóng ghi điểm của

từng đội được tính riêng

e Nếu một đội bỏ bóng nhiên liệu vào khay nhiên liệu của đội đối phương, dù ở

ngọn đuốc nào, đội đối phương sẽ được điểm đó

(4) Quyết định đội thắng:

Quyết định đội thắng được căn cứ theo các điều kiện sau:

a Đội hoàn tất việc "Vượt Trường thành - Thắp lửa thiêng" sẽ dành chiến thắng.

b Trong trường hợp không có đội nào thực hiện thành công việc "Vượt Trường

thành - Thắp lửa thiêng" thì đội ghi nhiều điểm hơn sẽ thắng (Điểm số cuối cùng

là tổng điểm mỗi đội ghi được sau khi đã trừ các lỗi phạt)

c Trong trường hợp bằng điểm, trọng tài sẽ quyết định đội thắng dựa trên các thứ

tự ưu tiên sau:

1.Đội bỏ được nhiều bóng hơn vào khay của đội đó và khay màu xanh lá cây ở

ngọn đuốc chính sẽ giành chiến thắng

2 Đội ghi được nhiều điểm hơn tại các ngọn đuốc sẽ giành chiến thắng.

3.Trong các trường hợp không chọn được đội thắng căn cứ theo thứ tự ưu tiên

trên, trọng tài sẽ quyết định đội thắng

1.6 Phạm lỗi và trừ điểm

Những hành vi sau đây sẽ bị xem là phạm lỗi và bị trừ 1 điểm cho mỗi lần viphạm Nếu bị trừ 3 điểm, đội đó sẽ bị loại

(1) Máy điều khiển bằng tay hay người điều khiển máy đó chạm vào sàn phần ngoài

vùng Robot điều khiển bằng tay, vùng Robot tự động hoặc đài lửa

(2) Máy bằng tay vươn qua vùng tự động hoặc đài lửa.

(3) Máy bằng tay chạm vào máy tự động của đội mình.

(4) Nếu lỗi (1); (2); (3) tiếp tục xảy ra thì cứ 5 giây vi phạm sẽ trừ 1 điểm.

(5) Máy tự động vươn qua đài lửa khi nó cố gắng bỏ bóng nhiên liệu vào đĩa nhiên

liệu

1.7 Truất quyền thi đấu

Nếu đội nào mắc phải những hành vi sau đây sẽ bị truất quyền thi đấu (quyết địnhbởi trọng tài):

(1) Cố tình phá hoại sân chơi và các thiết bị trên sân, gồm tất cả những thứ như bóng

nhiên liệu được chuẩn bị sắp đặt tại kho nhiên liệu của đội đối phương hoặc máy củađối phương

(2) Máy điều khiển bằng tay chạm vào máy tự động của đối phương trong bất kỳ vùng

nào

(3) Có bất kỳ hành vi nào đi ngược lại với tinh thần thi đấu Fair play.

1.8 An toàn trong trận đấu

(1) Các máy phải được chế tạo sao cho không gây hại đến người điều khiển, trọng tài

và khán giả

(2) Để đảm bảo an toàn, nếu sử dụng tín hiệu laze, phải là loại laze dưới cấp 2, và

được sử dụng theo cách thức không gây hại cho người điều khiển, trọng tài và khángiả

CHƯƠNG II

PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN CHIẾN THUẬT VÀ PHƯƠNG

ÁN THIẾT KẾ ROBOT2.1 Phân tích các phương án chiến thuật

Sau khi nghiên cứu kỹ chủ đề cũng như luật chơi của cuộc thi Robocon 2005 “Lửathiêng rực sáng trường thành”, các chiến thuật cho toàn đội được đề nghị như sau:

2.1.1 Phương án 1

a Ý tưởng: Khi có lệnh xuất phát, ta cho một Robot cản phá chạy nhanh vào

vùng tháp báo hiệu và ôm lấy trụ trung tâm không cho đội đối phương tiếp cậnngọn đuốc trung tâm Hai Robot vòng ngoài mang 16 quả bóng nhiên liệu bỏ vàohai ngọn đuốc vòng ngoài ở gần vùng xuất phát của đội và kết hợp với Robotbằng tay để ghi điểm nhằm đạt được điểm số cao nhất có thể được (tối đa 32điểm)

b Ưu điểm:

ØRobot cản phá chỉ có một nhiệm vụ duy nhất là chạy ôm lấy trụ trung tâmnên không cần kết cấu phức tạp cũng như điều khiển đơn giản Do đó khả năngđạt được tốc độ cao, chiếm lĩnh trụ trung tâm nhanh hơn Robot trung tâm củađối phương là rất lớn

ØRobot vòng ngoài chỉ bỏ bóng vào hai ngọn đuốc vòng ngoài ở gần vùngxuất phát của đội nên rất ít bị cản phá bởi Robot cản phá của đối phương

c Nhược điểm: Robot của đội không thể thực hiện đánh nốc ao được vì không

đổ bóng vào ngọn đuốc chính

Đây là phương án mang tính chất đối kháng hơn là về mặt công nghệ nhưng khảnăng thắng đối phương là rất lớn Phương án này cần phải được xem xét thật kỹtrước khi lựa chọn để thiết kế

2.1.2 Phương án 2

a Ý tưởng: Khi có lệnh xuất phát, Robot trung tâm chạy bám lấy ngọn đuốc

chính và đổ bóng vào các phần của đĩa nhiên liệu có màu thích hợp (màu thi đấucủa đội và màu xanh nhạt) Một Robot vòng ngoài chạy bỏ bóng vào hai ngọnđuốc vòng ngoài ở gần vùng xuất phát Một Robot bằng tay sẽ bắn bóng vào mộttrong hai ngọn đuốc vòng ngoài ở phía đội đối phương để tạo thành đường chéo

và đổ bóng vào bốn đài lửa xung quanh

b Ưu điểm: Xác suất đổ toàn bộ bóng mang trên Robot vòng ngoài vào các ngọn

đuốc khá cao bởi vì vùng này ít bị cản bởi các Robot của đối phương

c Nhược điểm: Robot vòng ngoài không đổ bóng ở ngọn đuốc thứ ba để tạo

thành đường chéo nhằm tạo cơ hội đánh nốc ao lớn hơn Khi đó khả năng đánhnốc ao là rất thấp vì phải phụ thuộc rất nhiều vào Robot bằng tay Trong khi thờigian còn dư cho Robot vòng ngoài là rất nhiều

2.1.3 Phương án 3

a Ý tưởng: Khi có lệnh xuất phát, Robot trung tâm chạy bám lấy ngọn đuốc

chính và đổ bóng vào các phần của đĩa nhiên liệu có màu thích hợp Một Robotvòng ngoài chạy bỏ bóng vào hai ngọn đuốc vòng ngoài ở gần vùng xuất phát củađội và một ngọn đuốc vòng ngoài ở phía đội bạn để tạo thành đường chéo MộtRobot bằng tay sẽ chạy bỏ bóng vào bốn đài lửa xung quanh

b Ưu điểm: Khắc phục được nhược điểm của phương án 2 Khả năng đánh nốc

ao cao hơn, giảm bớt sự phụ thuộc vào Robot bằng tay

c Nhược điểm: Có thể bị mất bóng nếu có sự cản phá của Robot đối phương khi

Robot vòng ngoài cố gắng bỏ bóng vào ngọn đuốc thứ ba để tạo thành đườngchéo

Tuy nhiên trong trường hợp muốn đánh nốc ao, phương án này có thể được sửdụng và chỉ cần để lại một quả bóng trên Robot vòng ngoài để chạy bỏ bóng vàongọn đuốc vòng ngoài thứ ba nhằm tạo thành đường chéo Nếu có gặp sự cản phácủa đối phương thì ta chỉ mất một điểm Do đó trong hầu hết các trận đấu, tuỳ vàotình hình và chiến thuật của đối phương mà ta có thể sử dụng phương án này đểquyết định thắng thua

2.2 Các phương án thiết kế Robot

Trên cơ sở phân tích các phương án chiến thuật và yêu cầu của luật chơi, cácphương án thiết kế Robot được đề nghị như sau:

2.2.1 Các phương án của Robot trung tâm

a Phương án 1: Sơ đồ nguyên lý được trình bày ở hình 2.1.

ØNguyên lý hoạt động: Các quả bóng nhiên liệu được chứa trong hai ống bóng

dạng hình trụ Khi có lệnh xuất phát, đế chở Robot trung tâm chạy thẳng đếnvùng tháp báo hiệu, Robot trung tâm rời khỏi đế, chạy vào theo quỹ đạo chỉnhtrước và bám lấy ngọn đuốc chính nhờ càng định vị

Khi Robot trung tâm đã tiếp cận ngọn đuốc chính, bánh ma sát sẽ áp sát vàomặt trên của đĩa đánh dấu và xoay ngọn đuốc chính cho đến khi các công tắchành trình (CTHT) áp sát mặt dưới của đĩa đánh dấu nhận biết được vị trí màutrên đĩa đánh dấu sẽ kích hoạt xung điện đốt dây làm bật cơ cấu lẩy đẩy haiống bóng vươn vào khay có màu tương ứng Các bóng nhiên liệu sẽ được đổvào khay nhờ phương pháp đốt dây

Phương pháp nhận biết vị trí màu trên đĩa đánh dấu: Do đĩa đánh dấu gồm

3 phần có đường kính khác nhau nên ta có thể bố trí hai công tắc hành trìnhnhư hình 2a để nhận biết màu trên đĩa đánh dấu:

Hình 2a Phương pháp nhận biết màu dùng công tắc hành trình

Giả sử khi có vật CTHT có mức logic 0, khi không có vật CTHT cómức logic 1 Sau khi Robot trung tâm đã tiếp cận ngọn đuốc chính, bánh ma

sát sẽ xoay ngọn đuốc chính theo một chiều nhất định Căn cứ vào trạngthái logic mà các CTHT nhận được ta sẽ xác định được vị trí màu trên đĩađánh dấu để ngừng cơ cấu xoay và khởi động cơ cấu đổ bóng

CTHT 1 CTHT 2 Màu nhận biết

Chú ý: Với phương pháp này, để đổ bóng vào phần của đĩa nhiên liệu có

màu thích hợp cần phải xoay ngọn đuốc chính sao cho phần màu của đốiphương trên khay nhiên liệu nằm về phía đội mình (Giả sử ta đang thi đấutrong trang phục màu đỏ thì xoay phần màu xanh đậm của ngọn đuốc chính

về phía vùng xuất phát của ta, khi đó bóng sẽ được đổ vào khay có màuxanh nhạt và màu đỏ) Khi CTHT 1 nhận biết có vật thì CTHT 2 sẽ luônnhận biết có vật

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý phương án 1 Robot trung tâm

ØƯu điểm: Tốc độ tiếp cận ngọn đuốc chính nhanh, không cần dò đường

ØNhược điểm: Cơ cấu cơ khí phức tạp, cồng kềnh đòi hỏi chế tạo thật chính

xác Tính ổn định khi nhận biết màu trên đĩa đánh dấu không cao do độ đảodọc trục và độ đảo hướng kính của đĩa đánh dấu khi xoay ngọn đuốc chính.Mặt khác, nếu đội bạn dùng cách ngăn chặn không cho xoay ngọn đuốc chínhthì Robot không thể ghi điểm được

b Phương án 2: Sơ đồ nguyên lý được trình bày ở hình 2.2.

ØNguyên lý hoạt động: Phương án này không dùng đến đế chở mà dùng một

tấm ván bắc cầu cho Robot trung tâm chạy lên vùng tháp báo hiệu Robot tiếnhành dò đường theo quỹ đạo chữ L rồi mới cận ngọn đuốc chính nhờ vào càngđịnh vị Khi đã vượt lên vùng tháp báo hiệu, tấm ván vẫn tiếp tục được kéo

theo cùng Robot Sau khi đã tiếp cận được ngọn đuốc chính, bánh ma sát xoayđĩa đánh dấu cho đến khi các công tắc hành trình nhận biết vị trí màu trên đĩađánh dấu Cơ cấu nâng bóng cũng tiến hành nâng máng bóng đồng thời Khiđến độ cao nhất định và đĩa đánh dấu được nhận biết xong, cơ cấu đổ bóngkích hoạt xung điện đốt dây để bóng theo quán tính của mặt phẳng nghiêng tự

đổ vào khay có màu tương ứng Phương pháp nhận biết màu trên đĩa đánh dấutương tự như phương án 1 (hình 2a)

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý phương án 2 Robot trung tâm

ØƯu điểm: Tiếp cận ngọn đuốc chính rất chính xác do dò đường, cách đổ

bóng đơn giản

ØNhược điểm: Tốc độ tiếp cận ngọn đuốc chính chậm vì phải dò đường Tính

ổn định khi nhận biết màu trên đĩa đánh dấu không cao do độ đảo dọc trục và

độ đảo hướng kính của đĩa đánh dấu khi xoay ngọn đuốc chính Mặt khác, nếuđội bạn dùng cách ngăn chặn không cho xoay ngọn đuốc chính thì Robotkhông thể ghi điểm được

c Phương án 3: Sơ đồ nguyên lý được trình bày ở hình 2.3.

ØNguyên lý hoạt động: Tương tự như phương án 2 nhưng trong phương án

này sử dụng đế chở đưa Robot trung tâm đến vùng tháp báo hiệu Robot trungtâm rời khỏi đế, chạy vào theo quỹ đạo chỉnh trước và bám lấy ngọn đuốcchính nhờ càng định vị Phương pháp nhận biết màu trên đĩa đánh dấu tương tựnhư phương án 1 (hình 2a)

ØƯu điểm: Tốc độ tiếp cận ngọn đuốc chính nhanh, không cần dò đường,

phương pháp đổ bóng đơn giản

ØNhược điểm: Tính ổn định khi nhận biết màu trên đĩa đánh dấu không cao do

độ đảo dọc trục và độ đảo hướng kính của đĩa đánh dấu khi xoay ngọn đuốcchính Mặt khác, nếu đội bạn dùng cách ngăn chặn không cho xoay ngọn đuốcchính thì Robot không thể ghi điểm được

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý phương án 3 Robot trung tâm

d Phương án 4: Sơ đồ nguyên lý được trình bày ở hình 2.4.

ØNguyên lý hoạt động: Bóng được chứa vào ống bóng dạng hình trụ Sau khi

có hiệu lệnh xuất phát, đế chở Robot trung tâm chạy thẳng đến vùng tháp báohiệu, Robot trung tâm rời khỏi đế, chạy vào bám lấy ngọn đuốc chính nhờ càngđịnh vị Khi Robot đã tiếp cận được ngọn đuốc chính, máng bóng sẽ được nânglên đến độ cao thích hợp đồng thời với một thanh ngang có gắn cảm biến đểnhận biết màu trên đĩa đánh dấu Tiếp đó, mũi tên chuyển động về phía trước

để đưa mặt phẳng trung bình của một trong ba khay màu của ngọn đuốc chính

về trùng với mặt phẳng trung bình của Robot Sau khi đã xác định được vị trímàu trên đĩa đánh dấu, các cửa 1 và cửa 2 sẽ được chọn mở thích hợp để đổbóng vào các khay có màu tương ứng

Phương pháp nhận biết vị trí màu trên đĩa đánh dấu: Do đĩa đánh dấu gồm

3 phần có đường kính khác nhau nên ta có thể bố trí hai cảm biến như hình2b để nhận biết vị trí màu trên đĩa đánh dấu:

Hình 2b Phương pháp nhận biết màu dùng cảm biến

Giả sử khi nhận biết có vật cảm biến có mức logic 0, khi không có vậtcảm biến có mức logic 1 Từ trạng thái logic mà các cảm biến nhận được saukhi Robot trung tâm đã tiếp cận ngọn đuốc chính, ta sẽ xác định được vị trímàu của đĩa đánh dấu như sau:

Cảm biến 1 Cảm biến 2 Màu nhận biết

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý phương án 4 Robot trung tâm

ØƯu điểm: Không cần dò đường, không cần xoay ngọn đuốc chính mà vẫn đổ

bóng chính xác Mặc khác có thể ngăn cản không cho đối phương xoay ngọnđuốc chính

ØNhược điểm: Tốc độ tiếp cận ngọn đuốc chính không nhanh do kết cấu nặng

nề Cơ cấu đổ bóng phức tạp

2.2.2 Các phương án của Robot vòng ngoài

a Phương án 1: Sơ đồ nguyên lý được trình bày ở hình 2.5.

ØNguyên lý hoạt động: Robot chứa các quả bóng nhiên liệu vào hai ống bóng

dạng hình trụ Lúc đầu Robot được đặt tại vùng xuất phát sao cho mặt phẳngtrung bình của nó chứa ngọn đuốc vòng ngoài muốn bỏ bóng Khi có lệnh xuấtphát, Robot sẽ chạy bám lấy ngọn đuốc vòng ngoài thông qua cơ cấu định vịđặt phía trước Nhờ vào khớp quay R, hai ống bóng vươn lên vượt qua ngọn

đuốc vòng ngoài và đổ bóng vào phần đĩa nhiên liệu có màu của đội mình bằngphương pháp đốt dây

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý phương án 1 Robot vòng ngoài

ØƯu điểm: Mạch điều khiển đơn giản, không cần dò đường

ØNhược điểm: Bỏ bóng không nhiều do bị hạn chế về kích thước, và tính linh

hoạt không cao

b Phương án 2: Sơ đồ nguyên lý được trình bày ở hình 2.6.

ØNguyên lý hoạt động: Các quả bóng nhiên liệu được chứa vào rổ bóng Khi

có lệnh xuất phát, Robot dò đường chạy đến vị trí thích hợp Nhờ vào khớptịnh tiến T1, ống ngắm được nâng lên ngang tầm với chiều cao ngọn đuốc vòngngoài Khi cơ cấu bắn bóng dịch chuyển về phía sau (khớp tịnh tiến T2), cácquả bóng nhiên liệu từ rổ bóng sẽ tự động nạp vào ống ngắm Thế năng của lò

xo được giải phóng sẽ bắn các quả bóng vào phần đĩa nhiên liệu có màu củađội

ØƯu diểm: Khống chế được số lượng bóng khi đổ Tầm hoạt động của Robot

cũng rộng hơn tuỳ vào các phương án chiến thuật, và do đó tính linh hoạt củaphương án rất cao

ØNhược điểm: Số lượng bóng chứa được không nhiều do bị hạn chế về chiều

cao rổ bóng

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý phương án 2 Robot vòng ngoài

c Phương án 3: Sơ đồ nguyên lý được trình bày ở hình 2.7.

ØNguyên lý hoạt động: Robot chứa các quả bóng nhiên liệu vào rổ bóng dạng

hình trụ Khi có lệnh xuất phát, Robot chạy dò đường đến vị trí thích hợp, khớptịnh tiến T1 sẽ nâng rổ bóng lên ngang tầm với chiều cao ngọn đuốc vòngngoài Nhờ vào các khớp tịnh tiến T2, T3 mà cơ cấu nâng bóng được nâng lênmang theo các quả bóng nhiên liệu đưa vào phần đĩa nhiên liệu có màu của đội

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý phương án 3 Robot vòng ngoài

ØƯu điểm: Khống chế được số lượng bóng khi đổ Với phương án này, ta có

thể bỏ được đến 10 quả bóng nhiên liệu vào các ngọn đuốc vòng ngoài, cũng

có thể tăng chiều cao của rổ bóng để chứa thêm bóng Tầm hoạt động củaRobot cũng rộng hơn tuỳ vào các phương án chiến thuật, và do đó tính linhhoạt của phương án rất cao

ØNhược điểm: Việc sử dụng hai cơ cấu nâng bóng độc lập nhau nhằm tăng

tính linh hoạt của Robot đã làm tăng khối lượng của Robot

d Phương án 4: Sơ đồ nguyên lý được trình bày ở hình 2.8.

ØNguyên lý hoạt động: Các quả bóng nhiên liệu được chứa vào khay chứa

bóng dạng hình hộp Khi có lệnh xuất phát, Robot dò đường chạy đến vị tríthích hợp, khớp tịnh tiến T sẽ nâng khay bóng lên ngang tầm với chiều caongọn đuốc vòng ngoài Nhờ khớp quay R2 thông qua dây không đàn hồi D1,cửa bóng được kéo xuống đổ bóng vào phần đĩa nhiên liệu có màu của đội Khitrụ nâng đi xuống, nhờ vào dây đàn hồi D2 cửa bóng được kéo lên và Robottiếp tục chạy đến các trụ khác để đổ hết những quả bóng còn lại Khớp quay R1

giúp khay chứa bóng có thể xoay được tránh làm lệch hướng chuyển động củaRobot khi khay chạm vào phần trên ngọn đuốc vòng ngoài

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý phương án 4 Robot vòng ngoài

ØƯu điểm: Số lượng bóng chứa được nhiều, cơ cấu đổ bóng tự động không

cần động cơ

ØNhược điểm: Không thể hạn chế được chính xác số lượng bóng mỗi lần đổ.

e Phương án 5: Sơ đồ nguyên lý được trình bày ở hình 2.9.

ØNguyên lý hoạt động: Các quả bóng nhiên liệu được chứa vào một ống bóng

dạng hình trụ Khi có lệnh xuất phát, Robot chạy dò đường đến vị trí thích hợp,khớp tịnh tiến T sẽ nâng ống bóng lên Nhờ vào khớp quay R thông qua dâykhông đàn hồi D, đầu ống bóng được kéo xuống và các quả bóng được đổ vàophần đĩa nhiên liệu có màu của đội nhờ vào phương pháp đốt dây

ØƯu điểm: Cơ cấu đổ bóng đơn giản, không cần động cơ nên giảm khối lượng

đáng kể

ØNhược điểm: Số lượng bóng không chứa được nhiều do bị hạn chế về kích

thước và ta chỉ có thể đổ bóng được một lần nên tính linh hoạt không cao

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý phương án 5 Robot vòng ngoài

2.2.3 Các phương án của Robot điều khiển bằng tay

a Phương án 1: Sơ đồ nguyên lý được trình bày ở hình 2.10.

ØNguyên lý hoạt động: Các quả bóng nhiên liệu được cuốn vào sàn chứa bóng

nhờ rulô cuốn bóng thông qua khớp quay R1, R2 Nhờ vào hai khớp tịnh tiến

T1, T2 mà sàn chứa bóng được nâng lên vị trí thích hợp như hình 2.10 Do sàn

có độ nghiêng nên các quả bóng nhiên liệu sẽ được dồn về phía máng đổ bóng.Khi cửa mở quay (nhờ vào khớp quay R3) sẽ đánh các quả bóng rơi vào máng

đổ bóng, do có thế năng mà các bóng nhiên liệu sẽ lăn vào đài lửa

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý phương án 1 Robot điều khiển bằng tay

ØƯu điểm: Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ.

ØNhược điểm:

Robot chỉ có thể bỏ bóng vào các đài lửa mà không bỏ bóng được vào cácngọn đuốc vòng ngoài.

Độ chính xác khi đổ bóng không cao do không điều chỉnh được lực tácdụng lên bóng

b Phương án 2: Sơ đồ nguyên lý được trình bày ở hình 2.11.

ØNguyên lý hoạt động: Thông qua khớp quay R1, R2 mà 4 bóng nhiên liệu củadãy đầu tiên được rulô cuốn bóng cuốn vào máng bóng Nhờ vào khớp tịnhtiến T1, T2 mà máng bóng được nâng lên vị trí thích hợp như hình 2.11 Khimáng bóng được nâng lên thì cửa sập sẽ đập xuống lấp vào khoảng trống củamáng bóng, các bóng nhiên liệu còn lại sẽ được rulô cuốn tiếp vào sàn chứabóng theo quán tính mặt phẳng nghiêng của sàn đổ về phía ống ngắm 2 Khi cơcấu bắn bóng 1 và 2 di chuyển về phía sau làm cho các quả bóng tự động nạpvào ống ngắm 1 và 2 để bắn vào các ngọn đuốc vòng ngoài và các đài lửa

ØƯu điểm:

Có thể bỏ bóng cả vào các đài lửa và các ngọn đuốc vòng ngoài

Do cơ cấu bắn bóng vào ngọn đuốc vòng ngoài được nâng lên cao nên lựcbắn nhỏ và độ chính xác khi bắn khá cao

ØNhược điểm:

Kết cấu Robot phức tạp gồm nhiều cơ cấu

Số lượng bóng khi bắn vào ngọn đuốc vòng ngoài bị khống chế

Không bắn được bóng đối phương ra khỏi đài lửa

Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý phương án 2 Robot điều khiển bằng tay

c Phương án 3: Sơ đồ nguyên lý được trình bày ở hình 2.12.

ØNguyên lý hoạt động: Thông qua khớp quay R1, R2 các bóng nhiên liệu sẽđược rulô cuốn bóng cuốn vào sàn chứa bóng và theo quán tính của mặt phẳng

nghiêng dồn về phía vách ngăn Khi muốn đổ bóng vào các đài lửa, cửa sập sẽ

mở ra, cơ cấu bắn 2 dịch chuyển về phía sau, bóng tự động nạp vào ống ngắm

2 Để nạp bóng vào ống ngắm 1, cửa sập đóng lại, sàn chứa bóng được nânglên ngang tầm với ống ngắm 1, cơ cấu bắn 1 di chuyển về phía sau, bóng tựđộng nạp vào ống ngắm 1 Đầu ống ngắm 1 có thể điều chỉnh được độ cao đểtạo góc nghiêng cần thiết khi muốn bắn bóng vào ngọn đuốc vòng ngoài haymuốn bắn bóng đối phương ra khỏi đài lửa Khi thế năng của lò xo được giảiphóng sẽ chuyển thành động năng của bóng làm bóng văng ra khỏi ống ngắm

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý phương án 3 Robot điều khiển bằng tay

2.2.4 Các phương án của Robot cản phá

a Phương án 1: Sơ đồ nguyên lý được trình bày ở hình 2.13.

ØNguyên lý hoạt động: Từ vị trí xuất phát, cho Robot cản phá chạy nhanh tới

vùng tháp báo hiệu nhờ hai cặp bánh xe chủ động 1, 2 Khi Robot chạm vàovùng tháp báo hiệu, công tắc hành trình đặt ở phía trước sẽ tác động ngắt điệnđộng cơ làm dừng Robot Bộ phận đốt dây được kích động, thế năng của các lò

xo được giải phóng làm bung cơ cấu cản phá có gắn các thanh nhôm khôngcho Robot trung tâm đối phương xâm nhập vùng tháp báo hiệu

Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý phương án 1 Robot cản phá

ØƯu điểm: Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, không cần sử dụng bộ điều khiển

ØNhược điểm: Chỉ có tác dụng cản phá sự xâm nhập của Robot đối phương

vào vùng tháp báo hiệu, không cản phá được sự di chuyển của Robot vòngngoài đối phương và không dùng để ghi điểm

b Phương án 2:

ØNguyên lý hoạt động: Từ vị trí xuất phát, cho Robot cản phá chạy tới vùng

tháp báo hiệu nhờ vào hai cặp bánh chủ động 1, 2 Robot sẽ va chạm vào vùngtháp báo hiệu (hình 2.14a)

Hình 2.14a Sơ đồ nguyên lý phương án 2 Robot cản phá

Do quán tính, Robot sẽ bị ngã về phía trước Điểm A trở thành tâm quay tứcthời Các cặp bánh xe 3, 4 trở thành các bánh chủ động và Robot tiếp tụcchuyển động về phía trước (hình 2.14b)

Hình 2.14b Sơ đồ nguyên lý phương án 2 Robot cản phá (tiếp theo)

Robot vừa rời khỏi vùng tháp báo hiệu, công tắc hành trình chạm vào bề mặtsân chơi làm động cơ bị ngắt điện dừng Robot (hình 2.14c)

Hình 2.14c Sơ đồ nguyên lý phương án 2 Robot cản phá (tiếp theo)

Khi đó bộ phận đốt dây sẽ được kích động, nhờ vào lực nén của các lò xo

mà cơ cấu cản phá sẽ bung ra ngăn cản Robot đối phương xâm nhập vùng thápbáo hiệu và cả ngọn đuốc vòng ngoài (hình 2.14d)

Hình 2.14d Sơ đồ nguyên lý phương án 2 Robot cản phá (tiếp theo)

ØNhược điểm:

Kết cấu phức tạp làm tăng khối lượng của Robot

Chỉ có công dụng cản phá, không dùng để ghi điểm

2.3 Phương án lựa chọn để thiết kế

Sau khi nghiên cứu và phân tích ưu-khuyết điểm của các phương án chiến thuật vàphương án Robot, em đã chọn phương án dùng 4 Robot:

 Một Robot trung tâm chứa 6 quả bóng nhiên liệu chạy bám lấy trụ trung tâm và đổbóng vào các phần của đĩa nhiên liệu có màu của đội và màu xanh nhạt (phương án 4,hình 2.4)

 Một Robot vòng ngoài chứa 10 quả bóng nhiên liệu đi ghi điểm hoạt động rộng vàbao quát toàn sân (phương án 3, hình 2.7)

 Một Robot điều khiển bằng tay bỏ bóng vào 4 đài lửa, có cơ cấu bắn bóng vào cácngọn đuốc vòng ngoài, và cơ cấu bắn bóng đối phương ra khỏi các đài lửa (phương án

Trong đồ án này chỉ quan tâm đến việc thiết kế động học, động lực học, mạch điều khiển và lập trình cho Robot vòng ngoài trên cơ sở phương án đã lựa chọn

CHƯƠNG III

THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ROBOT VÒNG NGOÀI TÍNH TOÁN SỨC BỀN MỘT SỐ CỤM CHI

TIẾT CHỦ YẾU3.1 Chức năng và cấu trúc tổng quan của Robot vòng ngoài

3.1.1 Chức năng

Robot vòng ngoài có nhiệm vụ mang 10 quả bóng nhiên liệu bỏ vào hai ngọnđuốc vòng ngoài ở gần vùng xuất phát của đội để ghi điểm hoặc bỏ bóng theo đườngchéo để đánh nốc ao trong trường hợp không bị cản bởi Robot vòng ngoài hay Robotcản phá của đối phương Thời gian đánh nốc ao được dự kiến trong vòng 2 phút

Hình 3.1 Cấu trúc của Robot vòng ngoài (tiếp theo)

 Đế Robot: là nơi gắn các bộ phận khác nhau của xe như: trụ nâng, rổ bóng, bánh

xe, động cơ, thanh ray có gắn hệ thống điều khiển và rơ le…

 Bánh xe: có tác dụng nâng đỡ và khi động cơ bánh xe quay làm di chuyển xe

 Động cơ: dùng để dẫn động các cơ cấu thực hiện các chuyển động cần thiết

 Rổ bóng: được dùng để chứa các bóng nhiên liệu nhằm tránh bóng bị rơi trong quátrình hoạt động

 Cơ cấu nâng bóng: dùng để đổ các quả bóng nhiên liệu từ rổ bóng vào ngọn đuốcvòng ngoài

Trụ nâng: dùng để nâng đỡ rổ bóng và các cơ cấu gắn liền với nó

3.1.3 Các thông số kỹ thuật

Để thực hiện chức năng như đã nêu trong phần 3.1.1, với cấu trúc như hình 3.1,

ta chọn các thông số kỹ thuật cho Robot vòng ngoài như sau:

 Vận tốc xe: vxe= 0,25m/s

 Vận tốc nâng hạ trụ: vtrụ= 0,15m/s

 Vận tốc nâng bóng trung bình: vbóng= 0,085m/s

 Chiều cao lớn nhất của trụ: Hmax = 1650mm

 Chiều cao thấp nhất của trụ: Hmin = 1225mm

 Hành trình trụ nâng: H = 425mm

3.2 Thiết kế cơ khí Robot vòng ngoài

Dựa vào cấu trúc tổng quan và các thông số kỹ thuật của Robot, ta tiến hành thiết kế Robot vòng ngoài có kết cấu cụ thể như sau:

3.2.1 Các bộ phận cơ sở

a Đế Robot:

Trong thiết kế, ta sử dụng phương án dùng 3 Robot tự động mà theo yêu cầucủa luật chơi thì toàn bộ Robot tự động chỉ được đặt vừa đủ trong vùng xuất phátgiành riêng cho Robot tự động có kích thước 1000mm x 1000mm x 1500mm Do

đó, ta thiết kế đế Robot vòng ngoài có dạng một khung phẳng chữ nhật có kíchthước 400mm x 400mm, được làm từ các thanh nhôm có kích thước 12mm x25mm và 25mm x 25mm là loại được bán phổ biến trên thị trường

b Bánh xe:

Gồm hai bánh xe trước làm bằng cao su đặc, hai bánh xe sau làm bằng nhựađúc và trên bánh xe có dán một lớp cao su nhằm tăng ma sát Hai bánh trước làhai bánh tự lựa chuyển động độc lập với nhau và cố định vào khung xe bằng vít

và đai ốc Hai bánh sau chuyển động độc lập nhau, mỗi bánh được truyền độngbằng một động cơ riêng

Để đảm bảo tốc độ động cơ: vxe = 0,25(m/s), ta chọn bánh sau có đường kính100mm, bánh trước có đường kính 60mm

c Động cơ:

Động cơ được sử dụng trong thiết kế này là động cơ điện một chiều kích từ độclập Bên trong mỗi động cơ có bộ truyền trục vít-bánh vít nhằm giảm tốc, tăngmomen xoắn trên trục ra của động cơ

Trong thiết kế này, ta sử dụng động cơ gạt nước trong các xe ôtô của Toyotalàm động cơ truyền động

ØHai thanh inox ống vừa tăng tính cứng vững của ống bóng vừa làm ống dẫn hướng chuyển động cho hai con trượt của bộ phận nâng bóng Ở đây ta không dùng thép mặc dù thép rẻ hơn inox, vì xét về khối lượng chúng gần bằng nhau nhưng thép dễ bị gỉ sẽ cản trở chuyển động tương đối giữa con trượt và ống trượt nếu bảo dưỡng không tốt

ØHai thanh nhôm ống chỉ có tác dụng giữ bóng khỏi bị rơi nên không cần dùng thép hay inox nhằm giảm khối lượng cho Robot

Mỗi quả bóng nhiên liệu có đường kính 150mm nên chiều cao tối thiểu củaống bóng để có thể chứa được 5 bóng theo yêu cầu thiết kế là:

hmin = 150mm x 5 = 750mm

 Chọn chiều cao của ống bóng là: h = 900mm

Trong thiết kế, ta sử dụng ống inox 12,7 và ống nhôm 12 là loại được bánphổ biến trên thị trường

Các thanh inox và nhôm được liên kết với nhau thông qua một vành bằng inoxđặc 8 có đường kính trung bình dtb = 185mm ở trên miệng ống bóng và vànhthép dày 1,5mm có đường kính trong dt = 170mm, đường kính ngoài dn = 200mm

ở đáy ống bóng Một tấm nhựa được gắn ở trên miệng ống bóng để định hướng

đổ của các bóng nhiên liệu

Hai ống bóng liên kết với nhau bằng vít và đai ốc thông qua hai thanh thép:thanh thép 1 gắn với miệng ống bóng có kích thước 52mm x 30mm x 2mm,thanh thép 2 gắn với vành thép phía dưới đáy ống bóng có kích thước 52mm x30mm x 3mm Hai con lăn nhỏ gắn lên hai thanh inox đặc 8 và được hàn trênthanh thép 2 để dẫn hướng cho rổ bóng khi trượt trên trụ ngoài Rổ bóng đượcgắn vào trụ trong của trụ nâng bằng vít và đai ốc.

b Bộ phận nâng bóng: Xem thêm bản vẽ chi tiết (Bản vẽ 02, Kết cấu Robot

vòng ngoài) hoặc hình 1 (phụ lục A)

Bộ phận nâng bóng bao gồm hai con trượt hình trụ cao 30mm làm bằng thépđược tiện với đường kính trong 14mm, đường kính ngoài 24mm để có thể trượttrên hai ống inox 12,7 của ống bóng Hai con trượt này được liên kết cứng vớinhau bằng cách hàn vào hai đầu của một thanh thép có kích thước 20mm x170mm x 2mm Ở chính giữa thanh thép được hàn với một vòng tròn có đườngkính trung bình 40mm làm bằng thanh inox đặc 8 ở độ cao 100mm so với mặttrên thanh thép thông qua các thanh inox đặc 8, trên vòng tròn này có gắn mộttấm nhựa tròn dày 2mm có đường kính 100mm để đỡ bóng Trên mỗi con trượt

có hàn một khuy tròn nhỏ bằng thép và ở chính giữa mặt dưới của thanh thép cógắn một puly 20 bằng nhựa để dẫn hướng cho dây cước Khi động cơ kéo bóngquay làm cho tang nhôm quay theo, tang nhôm sẽ quấn dây cước để kéo bóng lên

c Trụ nâng: Xem thêm bản vẽ chi tiết (Bản vẽ 02, Kết cấu Robot vòng ngoài)

hoặc hình 2 (phụ lục A)

Trụ nâng bao gồm hai ống thép chữ nhật dày 2mm được lồng vào nhau: ốngthép ngoài (trụ ngoài) có kích thước 25mm x 50 mm x 800mm được dùng làmrãnh trượt dẫn hướng, ống thép trong (trụ trong) có kích thước 20mm x 40mm x1000mm Trụ trong có thể trượt theo rãnh dẫn hướng của trụ ngoài nhờ vào bánhrăng ăn khớp với các lỗ khoét trên thân trụ trong Khi động cơ quay thuận, nhờvào sự ăn khớp giữa các răng trên bánh răng và các lỗ trên trụ trong làm cho trụtrong được nâng lên đến vị trí cần thiết, lúc động cơ quay theo chiều ngược lại thìtrụ trong sẽ được hạ xuống đến vị trí xác định Giữa các răng và các lỗ trên thântrụ trong cần phải được chế tạo sao cho ăn khớp chính xác để tránh trường hợp bịmắc kẹt khi nâng hay hạ trụ

Trên thân trụ ngoài có gắn hai công tắc hành trình để hạn chế hành trình khinâng và khi hạ trụ, đế trụ ngoài là một tấm thép có kích thước 150mm x 170mm x3mm để có thể gắn vào đế Robot Ở phía trên của trụ trong có hàn một thanh thép

có kích thước 30mm x 180mm x 2mm để gắn rổ bóng

3.3 Thiết kế động học, động lực học Robot

Nguồn động lực chính trong một Robot là động cơ điện Các yêu cầu kỹ thuật, độtin cậy trong quá trình làm việc và tính kinh tế của Robot phụ thuộc nhiều vào sự lựachọn đúng động cơ điện và phương pháp điều khiển động cơ Chọn một động cơ điệnthích hợp cho truyền động Robot bao gồm nhiều tiêu chuẩn phải đáp ứng:

 Động cơ phải có đủ công suất kéo

 Tốc độ phù hợp và đáp ứng được phạm vi điều chỉnh tốc độ với một phương phápđiều khiển thích hợp

 Thoả mãn các yêu cầu mở máy và hãm điện

 Phù hợp với nguồn điện năng sử dụng (loại dòng điện, cấp điện áp )

 Thích hợp với điều kiện làm việc (điều kiện thông thoáng, nhiệt độ độ ẩm, khí độchại, khí nổ, bụi bặm, ngoài trời hay trong nhà ).

 Cách gá lắp: nằm ngang, thẳng đứng, đế hay mặt bích

Cần chọn đúng công suất của động cơ sử dụng vì tiêu chuẩn động cơ đủ công suấttruyền động sẽ được đảm bảo nếu tính và chọn đúng công suất động cơ Việc này có ýnghĩa rất lớn đối với một Robot, nếu nâng cao công suất động cơ chọn so với phụ tảithì động cơ kéo tải dễ dàng nhưng giá thành đầu tư tăng cao và hiệu suất kém Nếuchọn công suất động cơ nhỏ hơn công suất tải yêu cầu thì động cơ có thể không kéonổi tải hay kéo tải một cách nặng nề dẫn đến các cuộn dây bị phát nóng quá mức làmgiảm tuổi thọ động cơ hoặc động cơ bị cháy hỏng nhanh chóng

Truyền động motor là thành phần quan trọng nhất trong việc thiết kế Robot.Chúng ta cần phải quan tâm một cách cẩn thận truyền động cho motor ở từng vị trí vàcách bố trí nó sao cho khối lượng có thể phân bố đều trong cơ cấu khung chính củaRobot Hầu hết Robot được thiết kế với 2 motor giống nhau truyền động cho hai bánh

xe chủ động Những bánh xe này cung cấp các momen đi tới và đi lui

3.3.1 Hệ số ma sát

Hệ số ma sát là một thông số mà ta hay sử dụng để tính toán chọn động cơ.Trong thực tế, ta có một phương pháp đơn giản để xác định hệ số ma sát giữa 2 bềmặt là :

Gọi NA, NB, NC,ND lần lượt là các phản lực tại các bánh xe

4)(2

c)-a

P.(

c b a c b a

Từ NA ta tính được lực ma sát tác dụng lên bánh xe: FAms = fms NA

Trong đó hệ số ma sát fms được xác định từ thực nghiệm

Từ đó xác định được công suất cần thiết cho động cơ: Pcần = FAms vxe

 Chọn công suất sơ bộ cho động cơ thỏa mãn:

Pđcơ  k Pcần trong đó k là hệ số an toàn (k  1 )

16,0.4)22,0065,0(16,0.222,0065,

0

)16,016,0065,0.(

Robot càng gần với vị trí đặt bánh xe chủ động càng tốt Lúc này tuy yêu cầucông suất động cơ cao hơn nhưng bánh xe luôn bám bề mặt đường.

3.3.3 Động cơ nâng bóng

a Tổng quát:

Mô hình phân tích lực:

Hình 3.4 Sơ đồ mô hình hoá cơ cấu nâng bóng

Giả thuyết P là trọng lượng tổng cộng của cơ cấu nâng bóng và trọng lượngcủa bóng cần nâng

Do kết cấu của ống bóng khó đạt được độ chính xác cao nên hai con trượt sẽtrượt không đều trên hai ống trượt Vì vậy khi cơ cấu nâng bóng được kéo lên sẽxảy ra hiện tượng chênh nhau giữa hai con trượt gây ra các phản lực theo phươngngang làm tăng thêm ma sát giữa con trượt và ống trượt inox Mặc khác, do cácquả bóng nhiên liệu được chế tạo có tính đàn hồi nên khi được nâng lên sẽ tựavào các ống trượt phát sinh thêm lực ma sát

Lực ma sát này được xác định bởi biểu thức: F1 = F2 = fms.N

Trong đó fms là hệ số ma sát được xác định bằng thực nghiệm

Qua thực nghiệm, phản lực N có giá trị cỡ khoảng : N = P/2

Vậy lực vòng F là: F = P + F1 + F2 = P + fms.P/2 + fms.P/2 = (1 + fms).P

Vậy ta tính được công suất cần thiết để chọn động cơ là: Pct = F.vbóng

 Chọn công suất sơ bộ cho động cơ thỏa mãn:

Pđcơ  k Pct trong đó k là hệ số an toàn (k  1 )

Vậy chọn động cơ có bộ truyền trục vít bánh vít nhằm giảm tốc, tăng momenxoắn trên trục ra của động cơ có công suất: Pđcơ = 10W.

Tốc độ truyền động của trục động cơ sau khi đã qua bộ truyền trục vít-bánh vítđược là:

Hình 3.5 Sơ đồ mô hình hoá cơ cấu nâng hạ trụ

Giả sử P là trọng lượng tổng cộng của cơ cấu nâng bóng, trọng lượng bóng, cơcấu nâng trụ mà động cơ cần nâng

Do khối tâm của rổ bóng không nằm trên trục thẳng đứng của trụ nâng nên tồntại lực lệch trục S tác dụng lên trụ nâng bao gồm hai thành phần là P và Q

như hình 3.5 Dưới tác dụng của lực Q, tại các điểm 1 và 2 sẽ xuất hiện các áplực N 1 và N 2 Các áp lực này có giá trị bằng:

Với x là khoảng cách từ điểm đặt O của hợp lực S đến mép phải (mép trên) củakhớp trượt và a là khoảng cách giữa mép phải và mép trái (mép dưới) của khớptrượt

Dưới tác dụng của thành phầnP, do có sự chuyển động tương đối nên tại cácđiểm 1 và 2 sẽ phát sinh các lực ma sát F 1 và F 2 lần lượt có giá trị bằng:

a

a x N

a

x N

Vậy lực ma sát giữa hai trụ trượt là: Fms = F1 + F2 = .f Q

a

a 2x

ms



Theo hình 3.5, ta có: Q = .P

l

l

2 1

Lực vòng cần thiết mà động cơ phải tác dụng để có thể nâng trụ là: F = max

ms

F + P Vậy ta tính được công suất cần thiết để chọn động cơ là:

 Chọn công suất sơ bộ cho động cơ thỏa mãn :

Pđcơ  k Pct trong đó k là hệ số an toàn (k  1 )

Vậy ta chọn công suất động cơ là : Pđcơ = 25W

c Kiểm tra điều kiện tự hãm trong khớp trượt:

Khi thiết kế cần phải kiểm tra xem sự trượt tương đối giữa hai trụ trượt có xảy

ra hiện tượng tự hãm hay không Nếu xảy ra hiện tượng tự hãm thì dù lực vòngđược sinh ra bởi động cơ có công suất lớn đến giá trị nào đi nữa thì cũng khôngxảy ra sự trượt tương đối giữa hai trụ

Điều kiện để không xảy ra hiện tượng tự hãm trong khớp trượt là:  > ’

ms

Trong đó  là góc tạo bởi vectơ hợp lực S với phương thẳng góc với phươngtrượt và ’

ms là góc ma sát thay thế của khớp trượt

Ta có lực ma sát cực đại giữa hai trụ trượt là: max

Trong các bộ phận làm việc của Robot thì trụ nâng là chịu tải trọng nhiều nhất,

do đó ta cần kiểm tra bền cho trụ nâng Robot khi ở trạng thái đổ bóng có chiều caolớn nhất Do kết cấu trụ nâng gồm hai trụ có kích thước khác nhau nên để đơn giản tachỉ cần kiểm tra bền cho trụ trong (có tiết diện mặt cắt nhỏ hơn)

Ta mô hình hoá trụ nâng của Robot khi ở trạng thái đổ bóng như sau:

Hình 3.6 Mô hình tính toán sức bền trụ nâng Lực tác dụng lên trụ nâng khi đó chủ yếu là trọng lượng của các bóng nhiên liệu

và các bộ phận gắn liền với trụ nâng Lúc này trụ nâng được mô hình hoá như mộtthanh chịu nén bởi lực lệch tâm P Ta dời lực P về trọng tâm O của mặt cắt ngangcủa trụ nâng ta được:

- Lực dọc đúng tâm Nz = P

- Mx = P.yc

- My = P.xc

Như vậy, với phương pháp dời lực ta đã đưa bài toán thanh chịu nén lệch tâm

về bài toán: thanh chịu uốn đồng thời với nén đúng tâm

Áp dụng nguyên lý độc lập tác dụng, ta tính được ứng suất pháp tại điểm bất kỳ

có toạ độ x, y trên mặt cắt ngang là:

) i

.x x i

.y y (1 F

P

y

c 2 x

F: là tiết diện mặt cắt ngang

xc, yc: là toạ độ điểm đặt lực P so với hệ trục quán tính chính trung tâm

Jx, Jy: mômen quán tính của mặt cắt ngang đối với đường trung hoà

Phương trình đường trung hoà đối với thanh chịu nén lệch tâm là:

0 i

.x x i

.y y

y

c 2 x

20.40 12

.h b 12

.h

2 2

i

c

2 y







Hình 3.7 Biểu đồ phân bố ứng trên mặt cắt ngang

Từ hình 3.7, ta thấy rằng điểm A cách xa đường trung hoà nhất nên tại A ứngsuất sẽ đạt cực đại (ứng suất nén):

max

y

A c

i

.x x (1 F

P

271,482

160.20 (1

224

50

  2,855 (KG/mm2)Vậy: σ max= 2,855(KG/mm2) <  σ = 100(KG/mm2) nên trụ nâng đủ bền

CHƯƠNG IV

GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN AT89C514.1 Tổng quát về kỹ thuật vi điều khiển

4.1.1 Khái niệm về kỹ thuật vi điều khiển

Bộ vi điều khiển MC (Microcontroller ) là một chip có thể lập trình để điều khiểnhoạt động của hệ thống Nhờ chương trình điều khiển, bộ vi điều khiển sẽ thực hiệnđọc các tín hiệu từ bên ngoài đưa vào, lưu trữ rồi xử lý, sau đó dựa vào kết quả củaquá trình xử lý để đưa ra các thông báo, tiến hành đóng ngắt các thiết bị bên ngoài

Vi điều khiển được xây dựng từ vi xử lý Xuất phát từ những yêu cầu về điềukhiển và giám sát hệ thống, một IC gần tương tự với bộ vi xử lý được ra đời là viđiều khiển Năm 1976, Intel giới thiệu chip vi điều khiển đầu tiên trong bộ vi điềukhiển MCS-48 là 8748 Mạch tích hợp này chứa hơn 17000 Transistor, nó bao gồm:một CPU, 1Kbyte EPROM, 64 Byte RAM, 27 chân I/O và 1 bộ định thời 8 bit

Năm 1980, Intel đã giới thiệu chip vi điều khiển đầu tiên trong họ MCS-51 làchip 8051 So với 8048, 8051 chứa hơn 60000 Transistor, bao gồm: một CPU,4Kbyte ROM,128byte RAM, 32 chân I/O, 1 cổng nối tiếp, hai bộ định thời gian Sau

đó, Siemens đưa ra phiên bản nâng cao của 8051 là SAB80515 có 68 chân với 6cổng I/O 8 bit, 13 ngắt và một bộ biến đổi A/D 8 bit với 8 đường ngõ vào Họ 8051được xem như là họ vi điều khiển 8 bit mạnh và đa năng nhất

4.1.2 Cấu trúc của một hệ thống vi điều khiển

Một hệ thống vi điều khiển thông thường bao gồm những thành phần như trong

sơ đồ sau:

Hình 4.1 Cấu trúc tổng quát của hệ thống vi điều khiển

a Đơn vị xử lý trung tâm CPU (Central Processing Unit):

Là thành phần chính của một chip vi điều khiển, nó quản lý tất cả hoạt độngcủa bộ vi điều khiển, thực hiện các phép toán trên số liệu Nó là tập hợp các mạchlogic nhằm thực hiện liên tục hai hoạt động chính là tìm lệnh và thi hành lệnh

Hình 4.2 Sơ đồ khối của CPUHình 4.2 mô tả các khối bên trong của CPU Nó bao gồm một tập các thanh ghidùng cho việc lưu trữ tạm thời các thông tin, khối số học và logic ALU(Arithmetic and Logic Unit ) thực hiện các phép toán dựa trên các thông tin đượclưu trong thanh ghi, khối điều khiển và giải mã lệnh (Instruction Decode andContrrol Unit) xác định phép thi hành và chuẩn bị các hoạt động cần thiết để thựchiện lệnh đó có kết hợp với thông tin trong 2 thanh ghi phụ Thanh ghi lệnh(Instruction Register) chứa mã nhị phân của mỗi lệnh được thi hành Bộ đếmchương trình (Program Counter) lưu giữ địa chỉ trong bộ nhớ của lệnh cần thựchiện tiếp theo

ØCác bước thi hành một lệnh:

Giai đoạn 1 : Đọc lệnh

B1: Giá trị của thanh ghi PC được gởi ra Addr Bus

B2: Sau một khoảng thời gian tín hiệu RDđược đưa xuống thấp

B3: Sau đó giá trị của Data Bus được đưa vào thanh ghi lệnh

B4: Byte thấp của PC được gởi đến ALU

B5: Giá trị ở ALU được tăng 1

B6: Giá trị ở ALU được đem về byte thấp của PC

B7: Byte cao của PC được gởi đến ALU

B8: Nếu cộng ở B5 không có nhớ thì nhảy đến B10

B9: / Phép / ghi ở ALU được tăng 1

B10: Giá trị ở ALU được đem về byte cao của PC

Sau đó CPU sẽ tiếp tục đọc 2 byte nữa do ý nghĩa của byte ở B3 (Byte đạidiện cho lệnh) sinh ra

B11  B20: Cũng giống như từ B1  B10 nhưng giá trị đọc về không chứa vào thanh ghi lệnh

B21  B30: Giống như B11  B20

Giai đoạn 2:

B31: 2 bytes đọc được trong B11  B30 được gởi ra Addr Bus

B32: Giá trị của thanh ghi A sẽ được ghi vào ô nhớ có địa chỉ đã chứa

b Bus địa chỉ, bus dữ liệu và bus điều khiển:

Bus là tập hợp các đường dây mang thông tin với cùng mục đích Trong chip viđiều khiển có 3 loại bus là bus địa chỉ, bus dữ liệu và bus điều khiển Trong hoạtđộng đọc hay ghi, CPU xác định vị trí của dữ liệu bằng cách đặt một địa chỉ vàobus địa chỉ, rồi kích hoạt một tín hiệu trên bus điều khiển để chỉ thị hoạt động đó

là đọc hay ghi

Hoạt động đọc sẽ lấy 1 byte dữ liệu từ bộ nhớ tại một vị trí xác định rồi đặt lênbus dữ liệu CPU đọc dữ liệu này và đặt nó vào một trong các thanh ghi nội trúcủa CPU Hoạt động ghi thì ngược lại, CPU lấy dữ liệu đưa ra bus dữ liệu Nhờ

có tín hiệu điều khiển, bộ nhớ nhận biết được đây là một hoạt động ghi và nó sẽlưu dữ liệu trên vào vùng nhớ đã xác định nhờ địa chỉ mà CPU đã gởi tới nó từtrước

Bus dữ liệu mang thông tin trao đổi giữa CPU và bộ nhớ, giữa CPU và thiết bịI/O Độ rộng của bus dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong vấn đề tăng tốc chomột bộ vi điều khiển, AT89C51 có độ rộng bus dữ liệu là 8 bit Các bus dữ liệuhoạt động theo 2 hướng, còn bus địa chỉ thì hoạt động theo một hướng Bus điềukhiển là 1 tổ hợp các tín hiệu, mỗi tín hiệu có một vai trò xác định Những tínhiệu điều khiển là những tín hiệu định thời được cung cấp bởi CPU nhằm đồng bộviệc vận chuyển thông tin trên bus địa chỉ và bus dữ liệu

b Về mặt ứng dụng:

Các bộ vi xử lý hầu hết được dùng trong các hệ máy vi tính trong khi các bộ viđiều khiển được dùng trong các thiết kế nhỏ, với số thành phần thêm vào tối thiểunhằm thực hiện các ứng dụng hướng điều khiển Các bộ vi xử lý thường yêu cầuthêm các mạch phụ (các IC giao tiếp nối tiếp, các IC điều khiển ngắt, các bộ địnhthời, các bộ định thời…) để thực hiện cùng thao tác như bộ vi điều khiển Tuynhiên, khả năng xử lý của bộ vi điều khiển không nhanh bằng khả năng xử lý của

bộ vi xử lý do một lượng lớn IC cần được cung cấp cho các chức năng trên chip

c Về các đặc trưng của tập lệnh:

Do bộ vi xử lý thường thực hiện các tính toán phức tạp và với lượng dữ liệulớn nên chúng mạnh về các kiểu định địa chỉ với các lệnh cung cấp các hoạt độngtrên các lượng dữ liệu lớn Còn các bộ vi điều khiển thì do mạch giao tiếp chonhiều ngõ nhập và xuất chỉ dùng một bit nên bộ vi điều khiển có các lệnh lập vàxóa đến từng bit và có các lệnh thao tác như AND, OR, XOR đến mức bit

Hệ thống điều khiển của Robot càng phức tạp thì độ ổn định càng kém Việcgiảm bớt các thành phần trong một hệ điều khiển sẽ góp phần làm tăng tính ổnđịnh của Robot Một bộ vi điều khiển được sử dụng để điều khiển hoạt động củaRobot cho ta một mạch điều khiển đơn giản Hơn nữa, sử dụng vi điều khiển chophép ta giảm được chi phí chế tạo so với hệ thống điều khiển dùng LOGO!, PLC,

…

Ở đây ta thiết kế hệ thống điều khiển Robot vòng ngoài trên cơ sở sử dụng vi điềukhiển AT89C51 là loại vi điều khiển có bộ nhớ ROM Flash có thể xoá được/lập trìnhđược rất phổ biến trên thị trường hiện nay.

4.2 Tổng quan về cấu trúc phần cứng vi điều khiển AT89C51

MCS-51 là họ IC vi điều khiển do hãng Intel sản xuất Các IC tiêu biểu cho họ là

8031, 8051, AT89C51 Những đặc điểm chính và nguyên tắt hoạt động của các bộ viđiều khiển này khác nhau không nhiều Khi đã sử dụng thành thạo một loại vi điềukhiển thì ta có thể nhanh chóng vận dụng kinh nghiệm để làm quen và làm chủ cácứng dụng của một bộ vi điều khiển khác Vì vậy để có những hiểu biết cụ thể về các bộ

vi điều khiển cũng như để phục vụ cho việc thiết kế hệ thống điều khiển Robot vòngngoài ta bắt đầu tìm hiểu một bộ vi điều khiển thông dụng nhất, đó là AT89C51 dohãng Atmel của Malaysia sản xuất

 Các đặc điểm của AT89C51 được tóm tắt như sau:

 4 KB ROM Flash bên trong

 128 Byte RAM nội

 4 Port xuất /nhập (I/O Port) 8 bit

 2 bộ định thời 16 bit

 1 Port nối tiếp theo chuẩn RS232

 Vùng nhớ mã ngoài 64 KB

 Vùng nhớ dữ liệu ngoài 64 KB

 Bộ xử lý bit (hoạt động trên bit đơn)

 210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí một bit

 4 s cho hoạt động nhân hoặc chia

 Bảng mô tả sự khác nhau của các IC khác trong họ MCS-51:

Loại Bộ nhớ chương trình trên

CHIP Bộ nhớ dữ liệu trên CHIP Số Timer