BÁO cáo bài tập lớn môn THIẾT kế hệ THỐNG NHÚNG đề tài THIẾT kế máy KHẮC LASER CNC

lOMoARcPSD|11424851 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ………. BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG Tên đề tài: THIẾT KẾ MÁY KHẮC LASER CNC Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2022 lOMoARcPSD|11424851 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU PHẦN GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI PHẦN TÌM HIỂU VỀ ARDUINO 2.1 Giới thiệu chung arduino 2.2 Cấu trúc phần cứng 2.3 Cấu trúc phần mềm lập trình 2.3.1 Cài đặt Arduino IDE 11 2.3.2 Mơi trường lâp trình ARDUINO 12 2.3.3 Cấu trúc chương trình 12 2.3.4 Nạp bootloader cho arduino 12 2.4 Arduino Uno R3 2.4.1 Nguồn(Arduino Uno R3) 11 2.4.2 Bộ nhớ 12 2.4.3 Các cổng vào/ra 12 PHẦN TÌM HIỂU VỀ MÁY CNC 10 3.1 Giới thiệu chung máy CNC 11 3.1.1 Lịch sử phát triển hệ thống máy CNC 11 3.1.2 Những đặc điểm máy CNC 12 3.2 Giới thiệu chung máy Laser CNC 13 3.2.1 Tình hình sử dụng máy CNC nước ta 13 3.2.2 Phân loại máy khắc Laser CNC 14 3.2.3 Giới thiệu số mẫu mã máy khắc Laser CNC có thị trường 14 3.3 Các phương pháp điều khiển máy CNC 14 3.3.1 Điều khiển 2D 14 3.3.2 Điều khiển 21/2D 15 3.4 Cấu trúc tổng thể máy CNC mini 17 3.4.1 Phần điều khiển 17 3.4.2 Phần chấp hành 17 3.5 Hệ trục tọa độ máy CNC 17 PHẦN TÌM HIỂU ĐỘNG CƠ BƯỚC 10 4.1 Khái quát 11 4.1.1 Vai trò động bước 11 4.1.2 Cấu tạo động bước 12 4.1.3 Hoạt động 12 lOMoARcPSD|11424851 4.1.4 Ứng dụng 12 4.1.5 Các đặc tính động bước 12 4.1.6 Một số loại động bước 12 4.1.7 Điều khiển động bước 12 4.2 Giới thiệu module Driver A4988 CNC Sheil 11 4.2.1 Giới thiệu module Driver A4988 12 4.2.2 Giới thiệu module CNC Sheil 12 4.3 Điều khiển động bước qua A4988 GRBL .11 4.3.1 Khái quát GRBL 12 4.3.2 Quản lý nhanh 12 4.3.3 Những giới hạn G-code 12 4.3.4 Các tính v0.9 12 PHẦN CODE .10 PHẦN MƠ HÌNH 10 lOMoARcPSD|11424851 LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ thông tin xuất phần thiếu sống ngày từ giáo dục, thương mại đến giải trí, y học xem ngành mũi nhọn cường quốc giới Sự bùng nổ thông tin phát triển mạnh mẽ công nghệ kỹ thuật số đặt yêu cầu tất ngành, lĩnh vực muốn phát triển phải hướng đến cơng nghiệp sản xuất tiên tiến, mức độ tự động hóa, khí hóa cao, để trở thành nước cơng nghiệp phát triển theo hướng bền vững Máy CNC (Computerized Numeric Control) đời thành tựu khoa học, kỹ thuật nhân loại ngày ứng dụng rộng rãi sản xuất Máy CNC góp phần không nhỏ vào việc giải nhiệm vụ cấp bách tự động hố q trình sản xuất, ứng dụng rộng rãi từ hệ thống sản xuất hàng khối sản xuất đơn hệ thống sản xuất linh hoạt Tuy nhiên, Việt Nam, việc nghiên cứu, chế tạo áp dụng vào sản xuất máy gặp nhiều hạn chế Đa phần doanh nghiệp chế tạo khuôn mẫu với quy mô sản xuất lớn trường Đại học, Cao Đẳng kỹ thuật sử dụng đến máy CNC Do em định chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo máy khắc Laser ứng dụng công nghệ CNC” để nghiên cứu hoàn thiện làm chủ kiến thức lĩnh vực tương lai Do kiến thức hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót, chúng em mong thầy giúp đỡ cho ý kiến để hoàn thiện đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm Sinh Viên Thực Hiện Nguyễn Khả Du Nguyễn Đình Dũng Dỗn Thế Duy Vũ Bá Dương Nguyễn Trọng Đức Lê Như Hiếu Nguyễn Quốc Huy Đinh Công Quý Hoàng Quang Toàn Nguyễn Đức Thắng lOMoARcPSD|11424851 Báo Cáo Bài Tập Lớn: Thiết Kế Hệ Thống Nhúng PHẦN 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Máy khắc laser tự động dạng khác máy CNC Nó phù hợp với định hướng nghiên cứu chung xã hội phục vụ theo nhu cầu sống Do đó, hướng nghiên cứu khơng giúp chủ động tìm tòi, nghiên cứu, làm chủ kiến thức lĩnh vực tương lai Khái niệm laser tương đối mẻ Việt Nam, với "LASER" viết tắt "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", laser khuếch đại ánh sáng phát xạ kích thích Bức xạ laser tạo từ nguồn laser Hiện hai loại laser nguồn thông dụng laser tinh thể bán dẫn laser khí Nguồn laser kích hoạt ánh sáng (đèn chớp diot) điện Tinh thể laser khí đặt hai gương cho phép cộng hưởng định hướng chùm tia laser Một tỉ lệ xác định chùm tia laser truyền qua gương phản xạ bán tồn phần dùng để gia cơng vật liệu Ngồi ra, laser cịn có nhiều ứng dụng khác công nghệ quân sự, viễn thông, đo lường, y tế Máy khắc laser không quan trọng ngành khí mà cịn nhiều ngành khác như: may mặc, giày dép, vẽ mạch điện tử… đặc biệt ứng dụng ngành thủ công mỹ nghệ Với ưu điểm máy khắc nâng cao khả tự động hóa doanh nghiệp Việt Nam như: người vận hành ít, phải can thiệp vào hoạt động máy Nhiều máy khắc laser tự động chạy liên tục kết thúc giải phóng nhân lực cho cơng việc khác xảy hỏng hóc lỗi vận hành, thời gian gia cơng dự báo xác, người vận hành khơng địi hỏi phải có kỹ thao tác (chân tay) cao điều khiển máy công cụ truyền thống Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả thực việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy khắc laser điều kiện phát triển Việt Nam Các kết nghiên cứu cho thấy khả chủ động chế tạo đáp ứng yêu cầu điều khiển PHẦN 2: TÌM HIỂU VỀ ARDUINO 2.1 Giới thiệu chung arduino Arduino thực gây sóng gió thị trường người dùng DIY ( người tự sáng chế sản phẩm mình) tồn giới vài năm gần đây, gần giống với mà Apple làm thị trương thiết bị di động Số lượng người dùng lớn đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thơng đến bậc đại học làm cho người sáng tạo phải ngạc nhiên mức độ phổ biến Arduino thực bo mạch vi xử lí dùng để tương tác với thiết bị phần cứng cảm biến, động cơ, đèn hay thiết bị khác Đặc điểm bật Arduino mơi trường phát triển ứng dựng dễ sử dụng Với ngơn ngữ lập trình học nhanh chóng người học hiểu biết điện tử lập trình Và điều làm nên Arduino mức giá thấp tính chất nguồn mở từ cứng tới mềm Chỉ với $30, người dùng sở hữu board Arduino có 20 ngõ I/O tương tác điều khiển chừng thiết bị - Thế mạnh arduino so với tảng vi điều khiển khác: + Chạy đa tảng : Việc lập trình thực hệ điều hành khác Window, Mac Os, Linux destop, android di động + Ngơn ngữ lập trình đơn giản, dễ hiểu + Nền tảng mở : arduino phát triển dựa nguồn mở nên phần mêm chạy Arduino chia sẻ dễ dàng tính hợp vào tảng khác Lớp: Điện Tử Và Tin Học Công Nghiệp – K60 Trang Số: lOMoARcPSD|11424851 - + Mở rộng phần cứng: Arduino thiết kế sử dụng theo dạng module nên việc mở rộng phần cứng dễ dàng + Đơn giản nhanh: Rễ dàng lắp ráp, lập trình sử dụng thiết bị + Dễ dàng chia sẻ : Mọi người dễ dàng chia sẻ mã nguồn với mà không lo lắng ngơn ngữ hay hệ điều hành sử dụng Những ứng dụng bật Arduino là: máy in 3d, robot, thiết bị bay không người lái UAV, game tương tác, điều khiển ánh sáng, kích hoạt chụp ảnh tốc độ cao Một hệ thống Arduino cung cấp cho bạn nhiều tương tác với môi trường xung quanh với: Hệ thống cảm biến đa dạng chủng loại (đo đạc nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc, vận tốc, cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát chuyển động, phát kim loại, khí độc,…),… + Các thiết bị hiển thị (màn hình LCD, đèn LED,…) + Các module chức (shield) hỗ trợ kêt nối có dây với thiết bị khác kết nối không dây thông dụng (3G, GPRS, Wifi, Bluetooth, 315/433Mhz, 2.4Ghz,…) Định vị GPS, nhắn tin SMS, nhiều thứ thú vị khác 2.2 Cấu trúc phần cứng Một mạch Arduino bao gồm vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung giúp dễ dàng lập trình mở rộng với mạch khác Một khía cạnh quan trọng Arduino kết nối tiêu chuẩn nó, cho phép người dùng kết nối với CPU board với module thêm vào dễ dàng chuyển đổi, gọi shield Vài shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua chân khác nhau, nhiều shield định địa thông qua serial bus I²C-nhiều shield xếp chồng sử dụng dạng song song Arduino thức thường sử dụng dòng chip megaAVR, đặc biệt ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, ATmega2560 Một vài vi xử lý khác sử dụng mạch Arduino tương thích Hầu hết mạch gồm điều chỉnh tuyến tính 5V thạch anh giao động 16 MHz (hoặc cộng hưởng ceramic vài biến thể), vài thiết kế LilyPad chạy MHz bỏ qua điều chỉnh điện áp onboard hạn chế kích cỡ thiết bị Một vi điều khiển Arduino lập trình sẵn với boot loader cho phép đơn giản upload chương trình vào nhớ flash on-chip, so với thiết bị khác thường phải cần nạp bên Điều giúp cho việc sử dụng Arduino trực tiếp cách cho phép sử dụng máy tính gốc nạp chương trình Theo nguyên tắc, sử dụng ngăn xếp phần mềm Arduino, tất board lập trình thông qua kết nối RS-232, cách thức thực lại tùy thuộc vào đời phần cứng Các board Serial Arduino có chứa mạch chuyển đổi RS232 sang TTL Các board Arduino lập trình thông qua cổng USB, thực thông qua chip chuyển đổi USB-to-serial FTDI FT232 Vài biến thể, Arduino Mini Boarduino khơng thức, sử dụng board adapter cáp nối USB-to-serial tháo rời được, Bluetooth phương thức khác (Khi sử dụng cơng cụ lập trình vi điều khiển truyền thống thay ArduinoIDE, cơng cụ lập trình AVR ISP tiêu chuẩn sử dụng.) Board Arduino đưa hầu hết chân I/O vi điều khiển để sử dụng cho mạch Diecimila, Duemilanove, Uno đưa 14 chân I/O kỹ thuật số, số tạo xung PWM (điều chế độ rộng xung) chân input analog, sử dụng chân I/O số Những chân thiết kế nằm phía mặt board, lOMoARcPSD|11424851 thông qua header 0.10-inch (2.5 mm) Nhiều shield ứng dụng plug-in thương mại hóa Các board Arduino Nano, Arduino-compatible Bare Bones Board Boarduino cung cấp chân header đực mặt board dùng để cắm vào breadboard Có nhiều biến thể Arduino-compatible Arduino-derived Một vài số có chức tương đương với Arduino sử dụng để thay qua lại Nhiều mở rộng cho Arduino thực thiện cách thêm vào driver đầu ra, thường sử dụng trường học để đơn giản hóa cấu trúc 'con rệp' robot nhỏ Những board khác thường tương đương điện có thay đổi hình dạng-đơi cịn trì độ tương thích với shield, đơi khơng Vài biến thể sử dụng vi xử lý hoàn toàn khác biệt, với mức độ tương thích khác 2.3 Cấu trúc phần mềm lập trình 2.3.1 Cài đặt Arduino IDE - Để lập trình cho bo Arduino , trước hết ta cần download cài đặt môi trường viết chương trình cho Arduino - Dowload trang chủ arduino.cc - Hướng dẫn cài đặt cho người dùng Window (người sử dụng hệ điều hành Mac khơng cần cài đặt drive ) - Kết nối bo Arduino với máy tính, để máy tính tự động cài đặt drive USB Tuy nhiên việc tự động cài drive khơng thành cơng - Nếu khơng thành cơng : Mở Device Mannage window Control Panel - Ở mục Port ( COM & LPT) thấy mục Arduino Uno (Comxx) - Nhấp phải vào mục Arduino UNO(COMxx) chọn Update Driver Software - Trên cửa sổ ra, chọn Browre my computer for driver software 2.3.2 Môi trường lâp trình ARDUINO Thiết kế bo mạch nhỏ gọn, trang bị nhiều tính thơng dụng mang lại nhiều lợi cho Arduino, nhiên sức mạnh thực Arduino nằm phần mềm Mơi trường lập trình đơn giản dễ sử dụng, ngơn ngữ lập trình dễ hiểu dựa tảng C/C++ quen thuộc với người làm kĩ thuật Và quan trọng số lượng thư viện code viết sẵn chia sẻ cộng đồng mở lớn Hình 1.1: Arduino IDE a) Arduino Toolbar: có số button chức chúng sau : lOMoARcPSD|11424851 Hình1.2: Arduino Toolbar  Verify : kiểm tra code có lỗi hay không  Upload: nạp code soạn thảo vào Arduino  New, Open, Save : Tạo mới, mở Save sketch  Serial Monitor : Đây hình hiển thị liệu từ Arduino gửi lên máy tính b) Arduino IDE Menu: Hình 1.3: IDE Menu File menu: Hình 1.4: File menu Trong file menu mục Examples nơi chứa code mẫu ví dụ như: cách sử dụng chân digital, analog, sensor … Edit menu: Hình 1.5: Click Examples Hình 1.6: Sketch menu lOMoARcPSD|11424851 Trong Sketch menu :  Verify/ Compile : chức kiểm tra lỗi code  Show Sketch Folder : hiển thị nơi code lưu  Add File : thêm vào Tap code  Import Library : thêm thư viện cho IDE Tool memu: Trong Tool menu ta quan tâm mục Board Serial Port Mục Board : bạn cần phải lựa chọn bo mạch cho phù hợp với loại bo mà bạn sử dụng Arduino Uno phải chọn hình: Nếu sử dụng loại bo khác phải chọn loại bo mà có sai code Upload vào chip bị lỗi Serial Port: nơi lựa chọn cổng Com Arduino Khi cài đặt driver máy tính thông báo tên cổng Com Arduino bao nhiêu, ta việc vào Serial Port chọn cổng Com để nạp code, chọn sai khơng thể nạp code cho Arduino 2.3.3 Cấu trúc chương trình Cấu trúc chương trình Arduino gồm hai hàm setup() loop() Hai hàm bắt buộc chương trình Arduino setup() Hàm setup() gọi chương trình bắt đầu Thường dùng để khởi tạo giá trị ban lOMoARcPSD|11424851 đầu cho biến, cài đặt chế độ hoạt động chân, khởi động việc sử dụng thư viện Hàm setup() gọi lần, sau bật nguồn reset bo Arduino loop() Sau thực xong hàm setup(), hàm loop() gọi để thực gọi lặp lặp lại liên tục tắt hệ thống Thường hàm loop() chương trình chính, công việc mà bạn muốn hệ thống Arduino thực Cách viết chương trình IDE Một chương trình Arduino với hai hàm setup() loop() viết sau: void setup() { // code khởi tạo viết } void loop() { // code phần công việc mà bạn muốn board Arduino thực viết đây} Ví dụ: Chương trình Blink Chương trình Blink LED (nháy LED) đơn giản tiếng Arduino, hầu hết người lập trình Arduino trải qua Blink LED thực việc chớp tắt LED đơn có sẵn bo kết nối với chân số 13 Arduino int led = 13; // số thứ tự chân Arduino kết nối với LED // hàm setup gọi chạy lần reset void setup() { pinMode(led, OUTPUT); // cài đặt chân digital output (ngõ ra) } // hàm loop gọi chạy lặp lặp lại void loop() { digitalWrite(led, HIGH); // bật LED (xuất ngõ mức cao HIGH) delay(1000); // chờ 1000ms = giây digitalWrite(led, LOW); LOW) delay(1000); // tắt LED (xuất ngõ mức thấp - // chờ 1000ms = giây } Chương trình giao tiếp với máy tính Arduino có điểm vơ lợi hại kết hợp cổng nạp giao tiếp một, nghĩa sau nạp xong ta giao tiếp với bo để lấy thơng tin Để giao tiếp với máy tính đơn giản bạn sử dụng class Serial có sẵn Arduino: lOMoARcPSD|11424851 Cấu trúc tổng thể máy CNC mini 3.4.1 Phần điều khiển Phần điều khiển máy CNC mini gồm chương trình điều khiển thiết bị điều khiển: - Chương trình điều khiển: phần mềm máy tính có nhiệm vụ đọc chương trình, thực biến đổi cần thiết để đưa tín hiệu điều khiển xuống mạch điều khiển, bao gồm cấu giải mã, cấu chuyển đổi, xử lý tín hiệu, cấu nội suy, cấu so sánh - Cơ cấu điều khiển: mạch điều khiển mạch công suất có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ máy tính, thực biến đổi cần thiết để điều khiển cấu chấp hành kiểm tra hoạt động cấu chấp hành thông qua cảm biến liên hệ ngược (cơng tắc hành trình) Cơ cấu điều khiển gồm: cấu giải mã, cấu chuyển đổi, xử lý tín hiệu, cấu so sánh, cấu khuếch đại, cấu hành trình, cấu đo vận tốc thiết bị xuất nhập tín hiệu 3.4.2 Phần chấp hành Phần chấp hành bao gồm toàn khung máy, bàn máy, động cấu chạy truyền động máy khắc laser CNC mini, nhận tín hiệu từ driver điều khiển tạo chuyển động chạy dao vẽ Laser phận trực tiếp tham gia khắc chi tiết Bộ truyền động thường sử dụng phương pháp khử khe hở truyền vít me đai ốc bi… 3.5 Hệ trục tọa độ máy CNC Theo tiêu chuẩn ISO, chuyển động cắt gọt gia công máy CNC phải nằm hệ tọa độ Descarte theo nguyên tắc bàn tay phải: - Đặt ngửa bàn tay phải lên bàn máy với phương chiều ngón tay hình vẽ, chiều ngón chiều trục Z, ngón trỏ chiều trục Y, ngón chiều trục X - Trong hệ tọa độ có chuyển động: chuyển động tịnh tiến theo trục chuyển động quay theo trục - Trục Z: tương ứng với trục máy CNC, có chiều dương chiều mà theo khoảng cách dao chi tiết tăng dần - Trục X: chuyển động tịnh tiến lớn máy CNC Ví dụ: Trên máy phay chuyển động dọc trục, máy tiện chuyển động theo phương ngang Cũng tương tự trục Z, chiều chiều làm tăng khoảng cách dao chi tiết gia công Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 - Trục Y: trục mà tự với hai trục làm thành hệ trục toạ độ Ví dụ: máy phay chuyển động chạy dao ngang Trên máy tiện khơng có trục (cho dạng chi tiết trịn xoay) Một lưu ý quan trọng xét hệ trục tọa độ máy CNC phải coi chi tiết đứng yên, dao chuyển động theo phương hệ trục tọa độ Trong trình làm việc, để gia cơng máy CNC hệ tọa độ máy phải xác định Nói cách khác vị trí hệ tọa độ phải xác định so với số điểm cố định mà người ta gọi điểm chuẩn Trong máy CNC gồm có điểm chuẩn sau đây: - Chuẩn M (Machine Datum Point): chuẩn máy Máy đo lường từ vị trí đến vị trí khác làm việc - Chuẩn R (Reference Point): chuẩn qui định máy, thường vị trí thay dao - Chuẩn T (Tool offset): chuẩn dao - W (Work Datum Point): chuẩn chi tiết - P (Program Datum Point): chuẩn chương trình Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 PHẦN TÌM HIỂU ĐỘNG CƠ BƯỚC 4.1 Khái quát 4.1.1 Vai trị động bước Động bước có vai trò quan trọng điều khiển chuyển động kỹ thuật số, tự động hóa cấu chấp hành trung thành với lệnh đưa dạng số, chấp hành xác Ta điều khiển quay góc , xác, dừng lại vị trí ta muốn Vì ứng dụng nhiều tự động hóa điều khiển số Một ứng dụng địi hỏi cấu chuyển động có độ xác cao, chuyển động êm cho thấy vai trò động bước quan trọng 4.1.2 Cấu tạo động bước Động bước loại động điện có nguyên lý ứng dụng khác biệt với loại động điện thông thường Chúng thực chất động không đồng dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển dạng xung điện rời rạc thành chuyển động roto vào vị trí cần thiết Về cấu tạo, động bước coi tổng hợp hai loại động Động chiều không tiếp xúc động đồng giảm tốc công suất nhỏ Động bước mơ tả động điện không dung chuyển mạch Cụ thể, mấu động rôto stato nam châm vĩnh cửu trường hợp động biến từ trở khối làm vật liệu nhẹ có từ tính, cho phép chúng quay nhanh với điều khiển thích hợp cho phép chúng khởi động dừng lại vị trí ta muốn cách dễ dàng Hình: Động bước Động bước dùng hệ thống vịng hở đơn giản hệ thống đảm bảo cho hệ thống điều khiển gia tốc với tải trọng tĩnh, sau tải trọng thay đổi điều khiển gia tốc lớn, người ta dùng hệ điều khiển vịng kín với động bước chiều không tiếp xúc động đồng giảm tốc công suất nhỏ 4.1.3 Hoạt động Động bước không quay theo chế thơng thường, chúng quay theo bước nên có độ xác cao mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ chuyển mạch điện tử đưa tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự tần số định Tổng số góc quay roto tương ứng với số lần chuyển mạch, chiều quay tốc độ quay roto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi tần số chuyển đổi Một số ưu nhược điểm động bước: Ưu điểm: Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 - Khi dùng động bước không cần mạch phản hổi cho điều khiển vị trí vận tốc - Thích hợp với thiết bị điều khiển số, với khả điều khiển số trực tiếp (động bước trở thành thông dụng kĩ thuật robot) - Hầu hết động bước chuyển động tần số âm - Nhược điểm: - Công suất thấp (việc nâng cao công suất động bước quan tâm nay) 4.1.4 Ứng dụng Trong điều khiển chuyền động kỹ thuật số, động bước cấu chấp hành đặc biệt hữu hiệu thực trung thành lệnh đưa dạng số Động bước ứng dụng nhiều ngành Tự động hóa chúng ứng dụng thiết bị cần điều khiển xác Ví dụ: Điều khiển robot, điều khiển tiệu cự quan hệ quang học, điều khiển định vị hệ quan trắc, điều khiển bắt, bám mục tiêu khí tài quan sát, điều khiển lập trình thiết bị gia công cắt gọt, điều khiển cấu lái phương chiều máy bay Trong cơng nghệ máy tính, động bước sử dụng cho ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm , máy in 4.1.5 Các đặc tính động bước - Brushless ( không chổi than): STEP loại động không chổi than - Load Independent (độc lập với tải): động bước quay với tốc độ ổn định tầm moment động - Holding Torque (moment giữ): STEP giữ trục quay nó, so với động DC khơng có hộp số moment giữ STEP lớn nhiều - Excellent Response (Đáp ứng tốt): STEP đáp ứng tốt khởi động, dừng lại đảo chiều quay cách dễ dàng 4.1.6 Một số loại động bước - Động biến từ trở - Động đơn cực - Động hai cực - Động nhiều pha Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 Động bước phân loại theo cấu trúc cách quấn cuộn dây stator Dựa theo cấu trúc roto, động bước chia làm ba loại: - Động bước từ trở biến thiên - Động nam châm vĩnh cửu - Động bước lai Dựa theo cách quấn dây stator, động bước chia làm hai loại: - Động bước đơn cực - Động bước lưỡng cực Ngoài ra, loại rơi vào hai phương pháp cấu tạo Trong phương pháp thứ , hình 3.3a, roto có bình thường Stato có tương tự để giữ cuộn dây Trong phương pháp thứ hai, hình 3.3b mặt cuẩ roto stato có nhiều nhỏ Ưu điểm nhỏ tạo góc bước nhỏ 4.1.7 Điều khiển động bước - Động bước có nhiều loại động biến trở từ, động đơn cực, động lưỡng cực - Về step có loại 0.36 độ/ 1step nhỏ Và thông dụng loại 1.8 độ/ step Tức 200 step vòng - Trên thị trường phổ biến động đơn cực lưỡng cực Các động thường co dây, dây, dây, dây Trong dây dây phổ biến Dưới sơ đồ dây hãng Oriental Hình: Sơ đồ nối dây hãng Oriental - Động bước có nhiều cách điều khiển Có thể điều khiển dây trực tiếp qua cổng qua MCU thông qua driver đệm công suất Phương án phức tạp chút, cần phải hiểu rõ bên động thường điều khiển full bước - Cách thông dụng dùng IC chuyên dụng điều khiển động bước Các IC hay gặp TB6560, TB6600, L297, A4988, DRV8825, MA860H Việc lựa chọn dùng loại driver phụ thuộc vào loại động công suất động định điều khiển Ví dụ A4988, DRV8825 dùng để điều khiển loại động nhỏ có cơng suất bé ví dụ máy photo máy in 3d, TB6560 TB6600 lại dùng để điều khiển loại động lớn chút ví dụ loại máy cnc mini Các loại động to người ta hay dùng MA860H driver mạnh Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 - Nhìn chung cách giao tiếp với module Driver tương đối giống Chúng có port DIR ( để điểu khiển hướng quay động cơ), EN ( để điều khiển bật tắt động cơ), CLK ( xuất xung để dịch chuyển step) Một số loại module TB6560 TB6600 MA860H port có pin Ví dụ EN+ EN- CW+ CW- CLK+ CLK- tùy chọn điều khiển theo mức mức VD: cho chân xuống thấp điều khiển chân lại - Điều quan trọng module chúng điều khiển vi bước 1/16 step, 1/8 step, 1/2 step full step Nếu full step bạn cần 200 step để quay hết vòng loại 1.8 độ 1step Cịn dùng chế độ vi bước 1/16 step xung động dịch chuyển 1,8/16 độ Tức cần 200*16=3200 xung để quay hết vòng Điều làm tăng độ phân giải tăng độ xác cho step - Cách kết nối: với động dây cần xác định dây để xác định xác kênh A- A+ B- B+ nối vào driver Với động dây dây dây cắt bỏ hết dây chung sử dụng dây đầu cuộn dây để điều khiển 4.2 Giới thiệu module Driver A4988 CNC Sheil 4.2.1 Giới thiệu module Driver A4988 IC sử dụng máy in 3D Hầu hết máy in 3D dùng IC điều khiển máy in 3d tải trọng nhỏ Kích thước IC nhỏ, nhỏ 10 lần so với TB6560 20 lần so với MA860H Hình: Modul A4988  Tính năng:  Điều khiển đơn giản  Điều khiển động hoạt động với điện áp lên tới 35V dịng lên tới 2A  Có chế độ: full bước, 1/2 bước, 1/4 bước, 1/8 bước, 1/16 bước  Điểu chỉnh dịng triết áp (bé xíu) nằm bên Current Limit = VREF × 2.5  Tự động Shutdown q nóng  Sơ đồ kết nối Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 Sơ đồ kết nối A4988 với phần khác  Lựa chọn chế độ full hay 1/2 hay 1/4 thông qua pin MS1 MS2 MS3 Mình thường nối thẳng pin với công tắc bit 3p để dễ thiết lập từ phần cứng Lưu ý thả pin tức mode full step Bảng chọn chế độ cho step  Bật tắt động thơng qua pin ENABLE, mức LOW bật module, mức HIGH tắt module  Điều khiển chiều quay động thông qua pin DIR  Điều khiển bước động thông qua pin STEP, xung tương ứng với bước ( vi bước)  Hai chân Sleep với Reset nối với 4.2.2 Giới thiệu module CNC Sheil Arduino CNC shield V3 shield mở rộng dành cho Arduino Uno, cho phép điều khiển máy khắc laser, máy phay cnc máy in 3D mini Shield cho phép điều khiển tối đa động bước thông qua driver A4988 DRV8825 (có jumper để điều khiển động bước theo chế độ full step, haft step, 1/4, 1/8 1/16) Ngồi cịn gắn thêm cơng tắc hành trình cho trục X, Y, Z, E (dành riêng cho máy in 3D) hay điều khiển đầu khắc CNC, đầu khắc laser quạt tản nhiệt Arduino CNC Shield V3.0 Nếu bạn có chắn CNC việc sử dụng trình điều khiển Động bước A4988 đơn giản Bạn dễ dàng cắm trình điều khiển A4988 Arduino CNC Shield giúp bạn dễ dàng thiết lập chạy dự án CNC vài Nó sử dụng phần sụn mã nguồn mở Arduino để điều khiển động bước cách sử dụng phần bảng đột phá trình điều khiển A4988 Stepper Motor, với chắn Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 Arduino Uno / Mega, bạn chế tạo tất loại robot, dự án dự án chuyển động tuyến tính bao gồm định tuyến CNC, máy cắt laser chí máy chọn đặt Bạn sử dụng chương trình sở mã nguồn mở GRBL để biến lệnh mã G thành tín hiệu bước Thơng số kĩ thuật  Hỗ trợ firmware GRBL Điều khiển đầu khắc CNC, đầu khắc laser  Điều khiển quạt tản nhiệt  Tương thích với : A4988 DRV8825  Điều khiển tối đa động bước  Tương thích driver: A4988 DRV8825  Thêm jumper để điều khiển full step, haft step, 1/4, 1/8, 1/16  Cơng tắc hành trình trục X, Y, Z, E  Nguồn cấp: 12-36V (nguồn độc lập với với Arduino Uno)  Kích thước: 70 x 55mm 4.3 Điều khiển động bước qua A4988 GRBL Sơ đồồ nồối dây sử dụng A4988 điềồu khiển bằồng GRBL 4.3.1 Khái quát GRBL GRBL phần mềm mã nguồn mở, miễn phí dùng để điều khiển hoạt động máy CNC.Do lợi hiệu suất cao, chi phí thấp mà trở thành chuẩn cơng nghiệp Nó chạy Arduino (Duemillanove / Uno) miễn có chip Atmega 328 Bộ điều khiển viết ngơn ngữ C tối ưu hóa cao tận dụng tính thơng minh chip AVR để đạt thời gian xác hoạt động khơng đồng Nó trì đến độ ổn định 30kHz, kiểm sốt xung free jitter Nó tn thủ tiêu chuẩn G-code thử nghiệm với sản phẩm số cơng cụ CAM khơng có vấn đề Chuyển động vịng cung, hình trịn chuyển động xoắn ốc hỗ trợ đầy đủ tất lệnh G-code khác Các hàm, biến, hầu hết chu kỳ đóng gói khơng hỗ trợ, làm việc tốt nhiều nhờ chuyển chúng vào thẳng mã Gbằng cách GRBL bao gồm quản lý tăng tốc đầy đủ với tầm nhìn xa Điều có nghĩa điều Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 khiển xem xét đến 18 chuyển động tương lai điều chỉnh vận tốc trước, để cung cấp cho tốc độ êm giảm thiểu giật góc cua Hầu hết máy in 3D mã nguồn mở có GRBL trái tim chúng GRBL điều chỉnh để ứng dụng vào hàng trăm dự án bao gồm máy cắt laze, viết vẽ tự động, khoan xác vv Năm 2009, Simen Svale Skogsrud người viết phát hành phiên GRBL chia sẻ cộng đồng mã nguồn mở (lấy cảm hứng từ Arduino GCode Interpreter Mike Ellery) Năm 2011, GRBL ưu tiên hàng đầu dự án mã nguồn mở theo hướng cộng đồng lãnh đạo thực dụng Sungeun K Jeon Ph.D  Đối tượng sử dụng GRBL Các nhà sản xuất cố gắng hoàn thiện tối ưu GRBL để điều khiển đơn giản dễ dàng sử dụng hệ thống từ đơn giản đến phức tạp Chỉ với điều khiển văn bản, ngôn ngữ C làm tảng cho dự án họ GRBL phù hợp với người muốn tiết kiệm khơng gian Chỉ cần với máy tính cổng kết nối thay hệ thống điều khiển phức tạp khác nhiên hiệu suất kết tốt  Tính GRBL Có thể nói GRBL ánh sáng cho ngành sản xuất Nó ứng dụng hoạt động sản xuất Nó chạy từ máy tính xách tay cách sử dụng giao diện đồ họa người dùng viết tuyệt hay với giao diện đơn giản, giao diện điều khiển bao gồm dịng lệnh G-code Nó viết C để tối ưu hóa tất tính thơng minh chip Atmega328p Arduino để đạt thời gian xác hoạt động khơng đồng Nó trì xung với tốc độ bước 30kHz GRBL ứng dụng máy trục, khơng có trục xoay( chưa hỗ trợ ) X, Y, Z Các trình biên dịch G-code thực tập hợp theo tiêu chuẩn NIST rs274 / ngc thử nghiệm với sản phẩm số phần mềm CAM khơng có vấn đề Linear, chuyển động trịn xoắn ốc hỗ trợ tất hoàn toàn  Hỗ trợ G-Codes v0.9i  G38.3, G38.4, G38.5: Sự thăm dò(Probing)  G40: Cutter Radius chế độ bù  G91.1: Arc IJK chế độ khoảng cách  Hỗ trợ Mã G v0.9h  G38.2: Sự thăm dị (Probing)  G43.1, G49: Cơng cụ bù độ dài nhanh (Dynamic Tool Length Offsets)  Hỗ trợ G-Codes v0.8 (và v0.9 )  G0, G1: Chuyển động thẳng (Linear Motions)  G2, G3: Chuyển động tròn xoắn ốc (Arc Helical Motions)  G4: Dwell  G10 L2, G10 L20: Thiết lập tọa độ bù ( Set Work Coordinate Offsets)  G17, G18, G19:Chọn lựa chế độ máy bay (Plane Selection) Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851  G20, G21: Các đơn vị  G28, G30: Tới vị trí định nghĩa trước (Go to Pre-Defined Position)  G28.1, G30.1: Thiết lập vị trí định nghĩa trước  G53: Di chuyển tọa độ tuyệt đối (Move in Absolute Coordinates)  G54, G55, G56, G57, G58, G59: Làm việc hệ tọa độ (Work Coordinate Systems)  G80: Chế độ chuyển động Hủy bỏ (Motion Mode Cancel)  G90, G91: Các chế độ khoảng cách (Distance Modes)  G92: Phối hợp offset  G92.1: Xóa hệ thống tọa độ bù (Clear Coordinate System Offsets)  G93, G94: Chế độ tốc độ cắt (Feedrate Modes)  M0, M2, M30: Tạm dừng chương trình End  M3, M4, M5: Kiểm soát quay  M8, M9: Điều khiển làm mát Hầu hết tùy chọn cấu hình thiết lập thời gian chạy lưu EEPROOM phiên chí giữ lại phiên khác GRBL nâng cấp firmware 4.3.2 Quản lý nhanh Trong ngày đầu, điều khiển CNC Arduino dựa kế hoạch tăng tốc khơng thể chạy tốc độ cao mà khơng có số loại nới lỏng Liên tục tăng tốc, quản lý, GRBL xây dựng kế hoạch để giải vấn đề nhân rộng khắp nơi giới điều khiển CNC GRBL sử dụng mô hình gia tốc khơng đổi đơn giản, cần thiết cho người sử dụng CNC Bởi điều này, đầu tư thời gian tối ưu hóa thuật tốn thiết lập hành trình đảm bảo chuyển động vững đáng tin cậy Khi cài đặt, tất tính quan trọng hồn thành khơng cịn địi hỏi phải sửa đổi kế hoạch chúng để chứa chúng, nhà phát triển dự định nghiên cứu thực thuật toán điều khiển chuyển động tiên tiến, mà thường dành riêng cho máy với giá đắt đỏ môi trường sản xuất Cuối cùng, ví dụ mơ tả sở thuật toán vào cua tốc độ cao để chuyển động dễ dàng nhanh chóng phanh trước góc nhọn giảm thiểu tối đa độ giật 4.3.3 Những giới hạn G-code Các nhà thiết kế giới hạn sử dụng G-code thiết kế thuật toán Điều giúp mã nguồn GRBL đơn giản, gọn nhẹ linh hoạt, tiếp tục phát triển, cải tiến trì ổn định với tính GRBL hỗ trợ tất thao tác thông thường gặp phải đầu từ cá phần mềmcông cụ CAM, làm số người lập trình mã G cảm thấy khó khăn Khơng có biến số, khơng có sở liệu cơng cụ, khơng có chức năng, khơng có chu kỳ đóng gói, khơng có số học khơng có cấu trúc điều khiển 4.3.4 Các tính v0.9 V0.9 cập nhật lớn Tính ổn định nâng cao Dưới tóm tắt Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 thay đổi mới: Quan trọng: - Mặc định baudrate serial 115200 (Up từ 9600) - Z-Axis giới hạn đầu vào D11 trao đổi với trục cho phép D12 để hỗ trợ biến đầu trục PWM - Khơng xếp trạng thái: xếp gỡ bỏ dư thừa Tạm ngừng Grbl cho phép thu lệnh thời gian thực Chu kỳ khởi tạo, thiết lập lại lối - Thuật toán Siêu Mịn Stepper mới: Đại tu xử lý trình điều khiển stepper để đơn giản hóa giảm bớt thời gian thực nhiệm vụ ISR (tick) CNC hoạt động mượt mà với nhiều tính Adaptive Multi-Axis làm mượt thuật toán Người dùng thấy cải tiến đáng kể cách máy họ di chuyển hiệu suất tăng lên - Tính ổn định cập nhật: GRBL phiên phiên tổng thể với ổn định cao Các kế hoạch bước thực hiện, giao diện viết lại hoàn toàn cho sức mạnh chắn đời trung gian phân đoạn bước đệm, mà "kiểm tra đầu ra" bước đệm từ kế hoạch thời gian thực Kết hợp với thuật toán bước kế hoạch tối ưu hóa tăng hiệu suất thử nghiệm Ngoài ra, ổn định vững mạnh kiểm tra báo cáo chụp 1,4 triệu dịng chương trình mã G - (X4) + Faster Planner: tính tốn Kế hoạch cải thiện gấp bốn lần nhiều cách tối ưu hóa hoạt động end-to-end, bao gồm tinh giản tính tốn giới thiệu kế hoạch để xác định vị trí phần xác đệm khơng lãng phí chu kỳ tính tốn recomputing - Variable Speed Spindle Output: Cho phép phần cứng đầu PWM cho lệnh G-code 'S' Chú ý: Tính địi hỏi hốn đổi pin với giới hạn trục Z D11 pin trục cho ennable D12 pin, để truy cập PWM phần cứng pin D12 Pin giới hạn trục Z, D12, nên làm việc trước - Biên dịch thể qua Arduino IDE : mã nguồn GRBL tải thay đổi, sau biên dịch chạy trực tiếp thông qua phần mềm Arduino IDE, làm việc tất tảng - G-Code Parser: Hoàn toàn viết lại từ lên cho 100% tuân thủ tiêu chuẩn mã G - Tăng tốc Cài đặtVelocity: Mỗi trục định nghĩa với khả tăng tốc vận tốc thơng số Grbl Automagically tính toán khả tăng tốc vận tốc tối đa thông qua đường phụ thuộc vào hướng - Giới hạn mềm: Kiểm tra có lệnh chuyển động vượt giới hạn không gian làm việc trước thực nó, báo động ngồi, bị phát - Thăm dò: Các G38.2, G38.3, G38.4, G38.5 & đầu dò thẳng lệnh G-code hỗ trợ kết nối thông qua pin A5 - Tool Length Offsets: Thăm dị khơng có ý nghĩa không offsets chiều dài công cụ (TLO).Các G43.1 động TLO G49 TLO hủy bỏ lệnh hỗ trợ G43.1 động TLO hoạt động bình thường G43 TLO (khơng hỗ trợ) địi hỏi từ trục bổ sung với giá trị bù đắp đính kèm Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 - Cải thiện hiệu suất vòng cung: Các vịng cung có bán kính lớn hơn, Grbl nhanh theo dõi Nhà phát triển xác định vịng cung hồ quang, khơng phải chiều dài phân đoạn cố định Điều tự động quy mô phân khúc chiều dài hồ quang mà lỗi bán kính tối đa phân khúc từ hồ quang không nhiều giá trị mặc định siêu xác 0.002 mm - New Grbl SIMULATOR!: Một wrapper hồn tồn độc lập với mã nguồn Grbl biên dịch thực thi máy tính Khơng u cầu Arduino Đơn giản cần mô phản ứng Grbl thể thực Arduino - CPU Pin Mapping: Đây nỗ lực để Grbl tương thích với kiến trúc AVR khác, chẳng hạn 1280 hay 2560, tập tin cấu hình cpu_map.h pin tạo phép Grbl biên dịch cho chúng - Cấu hình thời gian thực trạng báo cáo: Người dùng tùy chỉnh loại liệu thời gian Grbl báo cáo lại nóphản hồi thông tin Điều bao gồm liệu như: vị trí máy, vị trí cơng việc, kế hoạch sử dụng đệm, nối tiếp sử dụng đệm RX - Cập nhật thường xuyên Homing: Thiết lập không gian làm việc tất không gian vị trí cơng tắc giới hạn Phổ biến CNC chuyên nghiệp Nhưng, hành vi thay đổi tùy chọn thời gian biên dịch Bây gắn trực tiếp vào kế hoạch bước module để giảm flash khơng gian cho phép tốc độ tối đa trình tìm kiếm - CoreXY Hỗ trợ: Grbl hỗ trợ chuyển động CoreXY Hầu hết chức xác minh để làm việc, có lỗi - Safety Door Hỗ trợ: An toàn thiết bị chuyển mạch hỗ trợ Grbl buộc giữ feed hold, tắt máy tính, trục chất làm mát, chờ cơng tắc cửa đóng lại người dùng ban hành lý lịch Sau khôi phục, trục chất làm mát tiếp tục hoạt động sau chậm trễ cấu hình Các OEM địi hỏi tính hữu ích - Full Giới hạn điều khiển cấu hình Pin: Giới hạn kiểm sốt hoạt động pin giải thích Grbl muốn, với điện trở kéo lên bên kích hoạt hay vơ hiệu hóa, đọc mức cao hay thấp kích hoạt.Điều bao gồm tất hệ thống dây điện NO NC thực chuyển đổi - Tùy chọn Limit Pin Sharing: Hạn chế chuyển mạch kết hợp để chia sẻ chân để giải phóng I / O pins cho mục đích khác - Thêm Compile-Time chọn Tính năng: Báo cáo Limit / Kiểm soát pin, theo dõi đường, thời gian thực, báo cáo tỷ lệ feed , nhiều PHẦN 5: CODE File thư viện GRBL: BTL Arduino\grbl-master\grbl Chương trình chính: #include #include Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 Báo Cáo Bài Tập Lớn: Thiết Kế Hệ Thống Nhúng #define SERIAL_BAUD_RATE 115200 #define LINE_LENGTH 80U // Grbl line length #define BYTE_LOCATION 942U // Grbl build info EEPROM address char build_info_line[LINE_LENGTH] = "Testing123."; uint8_t status = false; int ledPin = 13; void setup() { Serial.begin(SERIAL_BAUD_RATE); delay(500); uint32_t address = BYTE_LOCATION; uint32_t size = LINE_LENGTH; char *write_pointer = (char*)build_info_line; uint8_t write_checksum = 0; for (; size>0; size ) { write_checksum = (write_checksum > 7); write_checksum += *write_pointer; EEPROM.put(address++, *(write_pointer++)); } EEPROM.put(address,write_checksum); Serial.print(F("-> Writing line to EEPROM: '")); Serial.print(build_info_line); Serial.print(F("'\n\r-> Write checksum: ")); Serial.println(write_checksum,DEC); size = LINE_LENGTH; address = BYTE_LOCATION; uint8_t data = 0; char read_line[LINE_LENGTH]; char *read_pointer = (char*)read_line; uint8_t read_checksum = 0; uint8_t stored_checksum = 0; for(; size > 0; size ) { Lớp: Điện Tử Và Tin Học Công Nghiệp – K60 Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) Trang Số: 31 lOMoARcPSD|11424851 data = EEPROM.read(address++); read_checksum = (read_checksum > 7); read_checksum += data; *(read_pointer++) = data; } stored_checksum = EEPROM.read(address); Serial.print(F("