Đồ án kỹ thuật_thiết kế mạch điều khiển cánh tay

Đồ án kỹ thuật_thiết kế mạch điều khiển cánh tay

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên : LÊ TẤN MINH

Lớp :95 KĐĐ

Nghành : Kỹ thuật Điện –Điện Tử

1-Tên đề tài :

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY MÁY 5 BẬC TỰ DO

DÙNG VI XỬ LÝ 8085

2 – Các số liệu :

-

-

-

3 – Nội dung của phần thuyết minh tính toán : -

-

-

-

4 – Các bản vẽ : -

-

-

-

5 – Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN THANH BÌNH 6 – Ngày giao nhiệm vụ : 7 – Ngày hoàn thành nhiệm vụ : Giáo viên hướng dẫn Thông qua bộ môn Ngày 28 tháng 2 năm 2000 Chủ nhiệm bộ môn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Giáo viên duyệt

Lời nói đầu

Trong những năm gần đây theo sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đang diễn ra khá tốt đẹp Trước tình hình đó đã có khá nhiều yêu cầu cấp bách và cũng là những thách thức được đặt ra cho giới trí thức

Tay máy công nghiệp là một lĩnh vực mới mà ở Việt Nam đang nghiên cứu và từng bước chế tạo để ứng dụng vào quá trình sản xuất góp phần nâng cao năng xuất lao động

Kỹ thuật vi xử lí rất ưu việt đã trở nên rất cần thiết trong ngành điện tử, nó đã thay thế các thiết bị có cấu tạo phức tạp thành đơn giản Ưùng dụng vi xử lí rất rộng rải từ máy móc quan trọng trong nền công nghiệp đến các thiết bị chuyên dùng

Với các ưu điểm về các chỉ tiêu kỹ thuật và tính linh hoạt của vi xử

lí, việc nghiên cứu và ứng dụng vi xử lí rất cần thiết

Không nên dừng lại ở cách sử dụng, cách tốt nhất để hiểu rỏ thiết bị mới và đi sâu vào tìm hiểu bản chất hoạt động bên trong của thiết bị đó

Thực hiện đề tài : “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY MÁY NĂM BẬC TỰ DO” như là một cách để thể hiện một phần

trong những kiến thức mà em đã đạt được sau năm năm học tập tại trường

Do có sự hạn chế về thời gian cũng như kiến thức và kinh nghệm nên không tránh khỏi những sai sót

Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn sinh viên Khoa Điện về đề tài này.

Thủ Đức Ngày 28 Tháng 02 Năm 2000

Sinh Viên Thực Hiện LÊ TẤN MINH

LỜI CẢM TẠ

Tập đồ án được hoàn thành như là một bước ngoặt báo hiệu kết thúc thời gian học tập tại trường ĐHSPKT Nếu không có sự đóng góp về nhiều phía chắc chắn người thực hiện dề tài này khó mà đạt được nhũng kết quả sau 5 năm học đại học

Đó là sự đóng góp tích cực về vật chất, sự ủng hộ động viện tinh thần về phía gia đình – đã hình thành một chỗ dựa vững chắc Em sẽ mãi mãi ghi nhớ

Được học môn vi xử lý và các môn khác cùng với sự trực tiếp hướng

dẫn nhiệt tình của thầy Nguyễn Thanh Bình giúp em thực hiện đề tài Xin

chân thành cảm ơn

Trong số kiến thức mà em đạt được có sự đóng góp của nhiều thầy cô, cùng với sự giúp đỡ, những lời động viên đúng lúc trong khi học và trong thời gian thực hiện đề tài của các bạn sinh viên Khóa 95 KĐĐ, có lẽ em không thể nào quên

Thủ Đức Ngày 28 Tháng 02 Năm 2000

Sinh Viên Thực Hiện

Chöông 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng nhanh góp phần nâng cao năng suất lao động Đặt biệt sự ra đời và phát triển của công nghệ chế tạo Robot nhằm tạo ra sự tự động hóa trong quá trình sản xuất giảm đi sức lao động bằng chân tay của người lao động

Đối với các nưước ngoài thì Robot đã được nghiên cứu và chế tạo để ứng dụng vào sản suất đả có từ trước Riêng ở nước ta lĩnh vực này còn khá mới mẽ Tuy có sự đầu tư để nghiên cứu nhưng còn hạn chế ,có thể dùng mô hình cánh tay máy để phục vụ trực tiếp cho công việc giảng dạy tại trường nhằm giúp cho sinh viên hiểu rỏ hơn về lý thuyết, tạo điều kiện cho việc dạy và học được sinh động hơn

Bức xúc trước nhu cầu tìm hiểu về tay máy công nghiệp từ chính bản thân và của những người yêu thích về lĩnh vực này, nhóm đã bắt tay vào việc thực hiện nghiên cứu

đề tài: “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY MÁY NĂM BẬC

TỰ DO”

1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA VẤN ĐỀ

Ở Việt Nam nói chung công nghệ chế tạo tay máy còn chậm phát triển, chúng ta vẩn chưa có nhà máy nào có khả năng chế tạo các bộ phận cấu thành của tay máy đạt tiêu chuẩn quốc tế Tận dụng những vật liệu có sẳn để gia công các chi tiết cơ khí cũng như linh kiện , thiết bị điện có sẳn do nước ngòai sản suất để thiết kế thành những sản phẩm cụ thể trước hết là ứng dụng làm phương tiện giảng dạy trong trường học và từ đó phát triển cao hơn để ứng dụng vào trong sản suất đã và đang là hướng đi đúng đắng

của các kỹ sư ở Việt Nam Đề tài : “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH

CÁNH TAY MÁY NĂM BẬC TỰ DO” không nằm ngoài nhận định trên Điều quan

trọng hơn hết là các vấn đề liên quan đến cấu tạo, nguyên lý hoạt động của tay máy và phần lý thuyết về các hoạt động xảy ra bên trong vi xử lí sẽ được giới thiệu trong đề tài này Nó sẽ là nguồn thông tin hửu ích cho những ai muốn tìm hiểu về lĩnh vực này 1.3 GIỚI HẠN VẤN ĐỀ

Tay máy rất đa dạng về nguồn gốc và chủng loại đây là lần đầu thực hiện nghiên

cứu đề tài: “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY MÁY NĂM

BẬC TỰ DO” trong điều kiện:

 Thời gian thực hiện đề tài chỉ trong 6 tuần

 Kinh nghiệm thực tế chưa có nhiều

 Tài liệu về vi xử lí và tay máy còn hiếm

Vì vậy nhóm đã thực hiện nghiên cứu đề tài với những đặc điểm chính sau đây:

 Lập trình bằng KIT vi xử lí 8085

 Thiết kế mạch điều khiển cánh tay máy

 Xây dựng những chương trình tiêu biểu

1.4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Thực hiện đề tài “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY

MÁY NĂM BẬC TỰ DO” là một công việc để người thực hiện đề tài nghiên cứu kỹ

khái niệm mô hình, nguyên lý làm việc cũng như tập lệnh của vi xử lí

Sản phẩm của đề tài trước hết có thể được ứng dụng vào phương tiện giảng dạy tại trường; và nếu được phát triển rộng, đi sâu hơn thì có thể ứng dụng vào trong thực tế

sản xuất công nghiệp,và đặc biệt cung cấp một cái nhìn tổng quát về vi xử lí và tay máy công nghiệp

CHÖÔNG 2

2.1 DÀN Ý NGHIÊN CỨU

 Giới thiệu tổng quát về tay máy

 Thiết kế mạch điều khiển cánh tay máy

 Xây dựng phần mềm

 Thi công

 Hướng dẫn thao tác

2.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Chủ yếu là mô hình cánh tay máy được gia công

2.3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU

2.4 THỜI GIAN NGHIÊN CỨU

Nhóm thực nghiên cứu đề tài từ ngày đăng ký đề tài, công việc được phân bố cho

6 tuần làm việc như sau:

Tuần 1 : Lập đề cương tổng quát

Tuần 2 : Thu thập tài liệu

Tuần 3 : Lập đề cương chi tiết

Tuần 4,5 : Khai triển đề cương và đánh máy

Tuần 6 : Sửa chữa và in ấn

CHÖÔNG 3

3.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

Thuật ngữ ROBOT xuất hiện vào năm 1920 trong một tác phẩm văn học của

nhà văn Tiệp Khắc có tên Karel Capek

Thuật ngữ Inducstrial Robot (IR) - xuất hiện đầu tiên ở Mỹ do công ty

AMF (American Manchine and Foundry company) quảng cáo mô tả một thiết bị mang dáng dấp và có một số chức năng như tay người được điều khiển tự động để thực hiện một số thao tác sản xuất thiết bị có tên gọi Versatran

Quá trình phát triển của IR có thể tóm tắt như sau:

- Từ những năn 50 ở Mỹ xuất hiện viện nghiên cứu đầu tiên

- Đang đầu những năm 60 xuất hiện sản phẩm đầu tiên tên Versatran của công

ty AMF

- Ở Anh người ta bắt đầu nghiên cứu và chế tạo các IR theo bản quyền của Mỹ từ năm 1967;

- Ở các nước Tây Âu khác như : Đức, Ý, Pháp, Thụy Điển, từ những năm 70

- Châu Á có Nhật bắt đầu nghiên cứu ứng dụng IR từ năm 1968

Đến nay trên thế giới có khoảng trên 20 công ty sản xuất IR trong số đó có 80 công ty của Nhật , 90 công ty của các nước Tây Âu, 30 công ty của Mỹ và một số công

ty ở Nga, Tiệp …

Theo chủng loại, mức độ điều khiển, và khả năng nhận biết thông tin của tay máy - người máy đã được sản xuất trên thế giới có thể phân loại các IR thành các thế hệ sau:

Thế hệ 1 : thế hệ có kiểu điều khiển theo chu trình dạng chương trình cứng không có khả năng nhận biết thông tin

Thế hệ 2 : thế hệ có kiểu điều khiển theo chu kì dạng chương trình mềm bước đầu đa có khả năng nhận biết thông tin

Thế hệ 3 : thế hệ có kiểu điều khiển dạng tinh khôn ,có khả năng nhận biết thông tin và bước đầu đã có một số chức năng lý trí của con người

Đối với tay máy công nghiệp đã có hơn 250 loại ,trong số đó có hơn 40% là loại tay máy có kiểu điều khiển đơn giản thuộc thế hệ thứ nhất

Sự xuất hiện của robot và sự gia tăng vai trò của chúng trong sản xuất và xã hội loài người làm xuất hiện một ngành khoa học mới là ngành robot học (Robotic) trên thế giới ở nhiều nước đã xuất hiện những viện nghiên cứu riêng về robot Ở Việt Nam, từ những năm giữa của thập kỷ 80 đã có viện nghiên cứu về robot

3.2 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CHỨC NĂNG CỦA IR

Vậy robot là gì ? cho tới hiện nay chưa có một định nghĩa chính xác về robot, và cứ hai năm một lần trên thế giới người ta lại tổ chức một hội nghị khoa học bàn về robot nhằm thông tin những thành tựu đã đạt được trong nghiên cứu và chế tạo robot đồng thời thống nhất các thuật ngữ về robotic để hiểu được về IR, trước hết chúng ta quan sát sơ đồ cấu trúc và chức năng của IR như sau:

Hình 3.1 : Sơ đồ cấu trúc và chức năng của robot

Trong sơ đồ trên các đường chỉ thị mối quan hệ thông tin thuận , thông tin chỉ huy thực hiện nhiệm vụ cho robot Các đường chỉ mối liên hệ thông tin ngược, thông tin phản hồi về quá trình làm việc của robot

Chức năng của bộ phận giao tiếp là liên lạc với người vận hành là thực hiện quá

trình “Dạy học “ cho robot, nhờ đó Robot biết được nhiệm vụ phải thực hiện

Chức năng của hệ thống điều khiển là thực hiện việc tái hiện lại các hành động

(nhiệm vụ) đã được ‘học’

Bộ phận chấp hành giúp cho Robot có đủ “sức”, tức chịu được tải trọng mà robot

phải chịu trong quá trình làm việc , bộ phận này bao gồm các bộ phận, phần 1 - bộ phận truyền chuyển động - phần tạo các khả năng chuyển động cho robot và phần 2 - bộ phận chịu lực - phần chịu lực của Robot

Bộ phận cảm biến tín hiệu làm nhiệm vụ nhận biết, đo lường và biến đổi thông tin các loại tín hiệu như: các nội tín trong bản thân Robot - đó là các tín hiệu về vị trí, vận tốc, gia tốc trong từng thành phần của bộ phận chấp hành các ngoại tín hiệu - là

các tín hiệu từ môi trường bên ngoài có ảnh hưởng tới hoạt động của Robot

Với cấu trúc và chức năng như trên Robot phần nào mang tính “người“ còn phần máy chính là trạng thái vật lý của cấu trúc

Với IR, tính chất người và ”máy” cũng được thể hiện đầy đủ như trên, duy chỉ

hình thức mang dáng dấp của tay “Người”

Người vận hành

Thiết bị liên lạc với người vận hành

Hệ thống đều khiển

Hệ thống Truyền động

Hệ thống chịu lực

Hệ thống cảm biến tín hiệu

Môi trường Bên ngoài

Liênhệ ngược

Liên hệ nguợc

3.3 CẤU TRÚC TỔÀNG QUÁT CỦA IR

Chúng ta hãy xem xét cấu trúc của một tay máy công nghiệp có sơ đồ ở hình 3.2

Tay máy trên hình 3.2 có 6 bậc tự do với 6 trục chuyển động như sau:

1 Chuyển động quét của tay máy (chuyển động quay phải hay quay trái của thân người);

2 Chuyển động lên hay xuống theo chiều thẳng đứng (chuyễn động của khớp bả vai)

3 Chuyển động duổi ra hay co vào của cánh tay (chuyển động của khớp khuỷu tay)

4 Chuyển động lật lên xuống của bàn tay so với cổ tay;

5 Chuyển động quay ngược hay thuận chiều kim đồng hồ của bàn tay so với cổ tay

So với chuyển động của tay người (không tính đến chuyển động của các ngón tay) có 10 bậc tự do (10 khả năng chuyển động độc lập) tay máy trên là loại có đủ khả năng nắm bắt một vật bất kỳ trong không gian

Tay máy công nghiệp thường có các bộ phận chính sau:

- Hệ thống điều khiển;

- Hệ thống chấp hành : Bao gồm Các nguồn động lực, hệ thống truyền động, hệ thống chịu lực;

- Bàn kẹp :

Bàn kẹp là bộ phận công tác cuối cùng của tay máy ,nơi cầm nắm các thiết bị

cộng nghệ hay vật cần duy chuyển, bộ phận chấp hành _ phần kết cấu cơ khí của tay

máy bao gồm các loại động cơ như : các động cơ thủy lực, khí nén, cơ cấu servo điện tử, động cơ bước mỗi chuyển động của IR thường có một động cơ riêng và các thanh

chịu lực Hệ thống điều khiển - thường là loại đơn giản làm việc có chu kỳ vận hành

theo nguyên lý của hệ thống điều khiển hở hoặc kín

Hình 3.2 : Mô hình hệ thống chấp hành tay máy công nghiệp

Phân loại tay máy theo cấu trúc sơ đồ động

Thông thường cấu trúc chấp hành của tay máy công nghiệp được mô hình hóa trong dạng chuổi động với các khâu và khớp như trong nguyên lý máy với các giả thuyết cơ bản như sau:

- Chỉ dùng các khớp động loại 5 (khớp quay, khớp tịnh tiến, khớp vít)

- Trục quay hướng tịnh tiến của các khớp thì song song hay vuông góc với nhau

- Chuổi động là chuổi động hở, đơn giản

Dưới đây là chuổi động của một tay máy công nghiệp tổng quát có 6 bậc tự

do, các khớp A, B, F là các khớp tổng quát có nghỉa là chúng có thể là khớp quay, cũng có thể là khớp tịnh tiến, các khớp D, E, K chỉ là những khớp quay Các khâu được đánh

số bắt đầu từ khâu 0 _ giá cố định , tiếp đến là các khâu 1, 2, …, n _ các khâu động _ khâu tổng quát ký hiệu là khâu i, (i=0,1,2,…,n), khâu, khâu n cuối cùng là khâu mang

bàn kẹp của tay máy

Tương tự như tay người để bàn kẹp (bàn tay) làm việc được cần có ba loại chuyển động, tương ứng với các chuyển động này là ba dạng cấu trúc của tay máy như sau:

Cấu trúc chuyển động toàn bộ (Chân người) cấu trúc này thực hiện chuyển

động đem toàn bộ tay máy (tay người) đến vị trí làm việc Cấu trúc này hết sức đa dạng và thông thường nếu không phải là tay máy hoạt động trong hệ thống mà chuyển động này cần có sự kiểm soát người ta thường coi tay máy là đứng yên khâu 0 gọi giá cố định của tay máy

Cấu trúc xác định hàm kẹp bao gồm các khớp AB và F các khâu 1, 2 và 3,

chuyển động của cấu trúc này nhằm đem theo bàn kẹp tới vị trí làm việc Do giả thiết về loại khớp động dùng trong chế tạo máy thông thường ta có những phối hợp sau đây của các khớp và từ đó tạo nên các cấu trúc xác định vị trí của bàn kẹp trong các không gian vị trí làm việc khác nhau của bàn kẹp

Phối hợp TTT nghĩa là 3 khớp đều là khớp tịnh tiến và một khớp quay Đây là cấu trúc hoạt động trong hệ tọa độ đề các so với các tọa độ S0 vì điểm M nằm trên khâu 3 được xác định bởi ba chuyển động tịnh tiến và một chuyển động quay (tức là hai tọa độ dài)

Phối hợp TRT, RTT hayTTR, nghĩa là một khớp tịnh tiến hai khớp quay (các cấu trúc 2,3 và 4) Đây là là cấu trúc hoạt động trong hệ tọa độ trụ so với điểm S0 vì để

M trên khâu 3 được xác định bở hai chuyển động tịnh tiến và một chuyển động quay (tức là hai tọa độ dài một tọa độ gốc)

Phối hợp RTR, RRT hay TTR nghĩa là hai khớp tịnh tiến và hai khớp quay (các cấu trúc 5, 6, 7, 8, 9 và 10) Đây là cấu trúc hoạt động trong hệ tọa độ cầu so với hệ S0,

vì điểm M trên khâu 3 được xác định bởi một chuyển động tịnh tiến và hai chuyển động quay (tức là một tọa độ dài, hai tọa độ góc)

Phối hợp RRR nghĩa là ba khớp quay (các cấu trúc 11,12) đây là các cấu trúc họat động trong hệ tọa độ góc so với hệ S0 vì điểm M trên khâu 3 được xác định bởi ba chuyển động quay (tức là ba tọa độ góc), cấu trúc này được gọi là cấu trúc phỏng sinh học

Tuy nhiên trong thực tế, đối với các tay máy chuyên dùng hay chuyên môn hóa và đặc biệt đảm bảo giá thành đầu tư vào tay máy thấp, người ta không nhất thiết lúc nào cũng phải chế tạo tay máy có đủ số ba khớp động cho cấu trúc xác định vị trí

3.4 GIỚI THIỆU ROBOT L2001:

ROBOT L2001 có 4 bậc tự do đều là khớp quay, sử dụng động cơ điện một chiều có công suất cực đại 3W, số vòng quay của động cơ và chuyển động các khớp của tay máy tay máy phụ thuộc vào điện áp đặt vào động cơ và có thể điều chỉnh vô cấp Kết cấu bộ truyền động cơ khí đơn giản thông qua bộ bánh răng giảm tốc 3 cấp, cấp thứ 3 là bộ trục vít- bánh vít do đó khả năng tự hãm rất tốt khi làm việc

Để xử lý công việc hãm chính xác và khử quán tính, tay máy được trang bị hệ thống điều khiển bằng bộ vi xử lý, nó có chức năng điều khiển theo chương trình mềm do người chế tạo lập sẵn các chế độ hãm động cơ (hãm ngược) được tính toán trước trong chương trình nhằm bảo đảm tính chính xác cho cơ cấu khi có quán tính ứng với các giới hạn hành trình của từng chương trình

Các bộ phận an toàn giúp tay máy hoạt động tốt khi làm việc và ngay cả khi mất điện,bộ nhớ sẽ lưu lại chương trình

Bộ vi xử lý được lắp các cổng ra-vào để nối kết với các phần tử khác như băng tải, các khớp xoay hoặc các dây chuyền sản xuất giúp mở rộng việc sử dụng Bản thân bộ vi xử lý có các bộ đếm, bộ định thời giúp xác định ca làm việc và số sản phẩm vận chuyển được ứng với mỗi ca …

Các chuyển động của các khớp được giới hạn bởi cử hành trình

Tay máy được ứng dụng trong các công việc như : cấp phôi cho máy bán tự động, vận chuyển sản phẩm nhựa từ máy ép nhựa, phát hiện và loại bỏ phế phẩm trong dây chuyền sản xuất …

Điều cần quan tâm ở đây của người nghiên cứu là giá thành sản xuất thấp, do đó phù hợp với điều kiện nước ta hiện nay

Mặc dù độ chính xác của tay máy chưa cao lắm, nhưng với yêu cầu công nghệ nhất định nào đó tay máy có thể đáp ứng được

Hình 3.3 : Sơ đồ mô hình ROBOT L2001

 Ghi chú :

1 Bàn kẹp 5 Khớp thân

2 Khớp cổ tay 6 Cổng kết nối với thiết bị điều khiển 3 Khớp khuỷu tay 7 Đèn hiển thị 4 Khớp cánh tay 8 Công tắc logic

Lưu đồ mô tả hoạt động của ROBOT L2001

2s

1.5s

Hình 3.4 : Sơ đồ mô tả hoạt động của ROBOT L2001 Kẹp chi tiết (2s) Nâng 2 khớp : cánh tay- khuỷu tay Quay đến vị trí làm việc đồng thời xoay cổ tay

theo chiều kim đồng hồ

Hạ cánh tay

Mở hàm kẹp 1.2

s Nâng cánh tay

Xoay đế về vị trí đầu, xoay nghịch cổ, hạ khuỷu và cánh

tay

1

s

3.5 TRANG BỊ ĐIỆN TRONG ROBO l2001

3.5.1 Giới thiệu động cơ công tác:

Mạch động lực bao gồm 5 động cơ công tác, trong đó 4 động cơ tải 3W ,một động cơ làm nhiệm vụ kẹp và mở, công suất 3,5 W khả năng chịu quá tải 2s  các động cơ được đánh số từ 1 đến 5

Động cơ 1 : đóng mở hàm kẹp

Động cơ 2 : xoay thuận nghịch cổ tay

Động cơ 3 : xoay thuận nghịch khớp khuỷu tay

Động cơ 4 : xoay thuận nghịch khớp cánh tay

Động cơ 5 : xoay thân đế (thân người)

Các động cơ 2, 3, 4, 5 được bố trí trên 4 khâu chuyển động và hình thành 4 bậc tự do

3.5.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ DC 3W

Các động cơ đều có chung nguyên lý hoạt động

* Đặc điểm:

-Nguồn điện áp DC 5  9 V

-Tốc độ thay đổi vô cấp 1200 4000 v/p

-Cókhả năng mang tải ngay khi cấp nguồn điện

* Phương pháp điều khiển động cơ

- Dùng điện áp DC 5 9V

- Cấp nguồn đúng chiều theo yêu cầu

- Thay đổi chiều quay bằng cách hoán vị các cực

- + + -

- + + -

Hình 3.5 : Phương pháp đảo chiều quay động cơ

Để làm được công việc trên , ở mạch điều khiển ta trang bị các cầu dao đảo hoặc rơle điện từ

Dựa theo nguyên lý trên khi ứng dụng lắp ráp ROBOT thì những chuyển động đảo chiều đó sẽ đảo chiều được hành trình chuyển động của các khâu

* Nguyên lý hãm ngược

+ Đối với động cơ một chiều thì công việc hãm ngược đơn giản hơn, giảû sử: khi động cơ chạy theo chiều nào đó, có thể cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ

+ Khi ngưng cấp nguồn đồng thời đưa nguồn điện khác ngược chiều với nguồn đang hoạt động lập tức động cơ sẽ bị hãm cưỡng bức, lúc ấy lực từ sẽ có chiều ngược lạivà ta điều chỉnh thời gian sao cho động cơ dừng hẳn thì thôi cấp nguồn

Về thời gian hãm ngược thì phụ thuộc vào người thiết kế chương trình điều khiển

* Tốc độ động cơ được điều chỉnh phụ thuộc vào điện áp nguồn đưa vào

Biểu đồ biểu thị mối quan hệ giữa điện áp và tốc độ động cơ:

n

O u

Hình 3.6 : Giản đồ biểu thị mối quan hệ giữa điện áp và tốc độ động cơ

Qua giản đồ trên ta thấy tốc độ động cơ tỉ lệ thuận với điện áp nguồn cung cấp Để đảm bảo động cơ chạy ổn định khi thiết kế nên chọn bộ nguồn có điện áp tải

2 đến 3A

3.5.3 CÁC CỔNG NỐI KẾT VÀ CÁC HỆ THỐNG HIỂN THỊ CỦA ROBOT L2001

* Cổng kết nối:

Để đảm bảo tính độc lập của các khớp các động cơ được bố trí thành 10 cổng nối kết riêng biệt

Do mỗi cặp Jắc nối được lắp với một động cơ

Vì vậy ta có tất cả 5 cặp nối và được đánh số tư ø1-10

Trình tự được sắp xếp như sau :

- 1,2 cho động cơ hàm kẹp

- 3,4 cho động cơ cổ tay

- 5,6 cho động cơ khuỷu tay

- 7,8 cho động cơ cánh tay

- 9,10 cho động cơ xoay chân đế

Do đó khi nối kết với với bên ngoài phải đảm bảo cách ly riêng biệt từng cặp như đã đánh số ở trên

* Cơ cấu hiển thị

Tay máy L2001 có các hệ thống hiển thị báo tín hiệu ngỏ vào và ngõ ra được lắp trên vi xử lý

Các tín hiệu thuận sẽ báo bằng đèn xanh, ngược lại sẽ báo bằng đèn đỏ

3.6 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG BĂNG TẢI

Do cánh tay máy chỉ làm nhiệm vụ gắp chi tiết đến vị trí cố định, vì vậy để chuyển sản phẩm đến một khâu khác đòi hỏi phải có hệ thống băng tải

3.6.1 CẤU TẠO

Dây băng được lắp trên giá đỡ bằng nhôm phẳng nằm ngang, hai đầu lắp với 2 rơle mụïc đích là tạo sự chuyển động Chuyển động quay nhờ động cơ điện một chiều có công suất 5W

3.6.2 TRANG BỊ ĐIỆN CHO HỆ THỐNG BĂNG TẢI

- Băng tải được lắp với động cơ một chiều có công suất 5W

- Động cơ được điều khiển bởi một công tắc tơ

- Thông qua công tắc tơ dộng cơ tải được liên kết với động cơ thứ hai; động cơ này có nhiệm vụ đưa chi tiết cần chuyển tải đến đúng vị trí quy định

- Đầu băng tải được lắp một công tắc dùng để xác định chi tiết được tải, bộ phận này được kết nối đến vi xử lí để đém số chi tiết được vận chuyển

3.6.3 NGUYÊN LÝ HỌAT ĐỘNG

Khi một chi tiết được đưa đến băng tải thì công tắc thứ nhất (công tắc thường hở) được đóng lập tức băng tải được hoạt động, đồng thời một chi tiết khác được cơ cấu định vị xếp đúng vị trí Sau mỗi lần thực hiện một hành trình vi xử lí sẽ đếm số chi tiết Khi cơ cấu định vị đã xác định xong thì công tắc thứ hai (công tắc thường kín) được tác động báo ngắt điện hệ thống sau đó công tắc này được đóng lại cấp điện cho hệ thống chuẩn bị thực hiện hành trình kế tiếp

CHÖÔNG 4

4.1 XÁC CẤU TRÚC MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Dựa vào yêu cầu về phần điều khiển của cánh tay máy làm cơ sở cho việc xác định cấu trúc mạch

Do đó vấn đề đầu tiên là phải nghiên cứu kỹ cấu tạo của tay máy,tiếp theo phải tìm hiểu rõ yêu cầu để điều khiển cánh tay máy Việc nghiên cứu này sẽ cho cái nhìn về cấu trúc mạch điều khiển Cân nhắc giữa cấu hình và yêu cầu điều khiển sẽ chọn cấu trúc mạch hợp lí

Sơ đồ khối của mạch điều khiển được trình bày ở hình 4.1

Sơ đồ khối của mạch điều khiển

4 2 ĐỊNH NGHĨA CÁC CHÂN VI XỬ LÍ

Vi xử lí (microproccesser) là một thiết bị bán dẫn chứa các mạch logic điện tử

đuộc chế tạo theo công nghệ LSI hoặc VLSI Vi xử lí có khả năng thực hiện các chức

năng tính toán và tạo ra các quyết định làm thay đổi trình tự thi hành chương trình vi xử lí là một thiết bị logic lập trính đuợc, được thiết kế bằng các thanh ghi, các flip_flop và các phần tử định thời Vi xử lí có một tập lệnh được thiết kế bên trong,đễ xử lí dữ liệu và truyền thông với các thiết bị ngoại vi Có nhiều loại vi xử lí và cũng có nhiều hãng chế tạo vi xử lí (Intel, Zilog, Motorola)

8085 là một bộ vi xử lí 8 bit do Intel sản xuất , đầu tiên vào năm 1977 Nó có khả năng định địa chỉ cho bộ nhớ tới 64Kbyte thiết bị này có 40 chân, dạng DIP, đòi hỏi nguồn đơn +5v Hình trình bày sơ đồ chân của bộ vi xử lí 8085 Toàn bộ các tín hiệu có thể được phân thành 6 nhóm:

(1) Tuyến địa chỉ

(2) Tuyến dữ liệu

(3) Các tín hiệu trạng thái và điều khiển

(4) Nguồn cung cầp và các tín hiệu tần số

(5) Các ngắt và các tín hiệu khởi tạo ngoại vi

(6) Các cổng I/O nối tiếp

Control and Status Signals

+5V

AD7

AD0

A15 A8

SID SOD TRAP

INTR

R EADY HOLD

28 21

19

12 30 33 34 31 18

35 36

21 21

5 6 8 10

40 20

ALE S0 IO/M

R D WR INTA HLDA

High Outer Address Bus

Multiplexed Address/Data Bus

 Tuyến dữ liệu / địa chỉ đa hợp

Các đường tín hiệu AD7 –AD0 là các đường hai chiều chúng phục vụ một mục đích kép Các đường này được sử dụng lúc thì như tuyến địa chỉ thấp khi thì như một tuyến dữ liệu Khi thi hành một lệnh, trong một phần đầu của chu kì, các đường này

8085

CLK(OUT)RESET(OUT)

323538

7RST5.5

17

2830

39

114

AD4

2931

3740

6

1

READYX1

AD0

19

A10A12A15RDSID

16

Vcc

36

14RST6.5

AD7

25

A8A13

được sử dụng như là tuyến địa chỉ thấp Suốt phần còn lại của chu kì, các đường này được dùng như tuyến dữ liệu Điều này cũng được gọi là đa hợp tuyến (multiplexing the bus) Tuy nhiên, tuyến địa chỉ thấp có thể được tách ra từ các tín hiệu này nhờ sử dụng một mạch chốt (latch)

 Các tín hiệu điều khiển và trạng thái

Nhóm các tín hiệu này bao gồm hai tín hiệu điều khiển (RD và WR), 3 tín hiệu trạng thái (IO/M, S1 và S0) để xác định lọai hoạt động, và một tín hiệu đặc biệt (ALE) để chỉ thị sự bắt đầu của hoạt động

ALE -Address latch enable: Cho phép chốt địa chỉ Đây là một xung dương tác động cạnh lên được phát ra mỗi lần 8085 bắt đầu một hoạt động (chu kì máy); nó chi thị rằng các bit AD7 -AD0 là các bit địa chỉ Tín hiệu này về cơ bản được sử dụng để chốt các địa chỉ thấp từ tuyến đa hợp và cho ra một tập riêng biệt 8 đường địa chỉ AD7 -AD0

.ALE là một tín hiệu điều khiển

 RD - Read : Đọc đây là tín hiệu điều khiển đọc (tác dộng mức thấp) tín hiệu này chỉ thị đọc I/O hặc bộ nhớ và dữ liệu có khả dụng trên tuyến dư liệu

 WR -Write : Ghi đây là tín hiệu điều khiển ghi (tác động mức thấp) Tín hiệu này chỉ thị rằng dữ liệu trên tuyến dữ kiệu được ghi vào một ô nhớ hoặc I/O đã chọn

 IO / M :Input –Output / Memory Đây là tín hiệu trạng thái được sử dụng để phân biệt giữa các hoạt độâng IO và bộ nhớù Khi nó ở mức thấp,nó chỉ thị một hoạt động liên quan đến bộ nhớ Tín hiệu này được kết hợp với RD và WR để tạo ra các tín hiệu điều khiển I/O và bộ nhớ

 S1 và S0 : Status đây là các tín hiệu trang thái, tương tự IO/ M, có thể xác định các hoạt động khác nhau ,nhưng chúng hiếm khi được sử dụng trong các hệ thống nhỏ Toàn bộ các hoạt động và cá tín hiệu trạng thái liên kết được liệt kê trong bảng 4.1

 Nguồn cung cấp và tần số xung đồng hồ

 Vcc : nguồn cung cấp +5V

 Vss : tham chiếu đất (mass )

 X1 và X2 : một thạch anh (hoặc mạng RC, LC ) được nối tại hai chân này

Mỗi chủng loại 8085 điều có tần số tối đa cho phếp đưa vào hai chân này

6MHZ : đối với 8085A

10MHZ : đối với 8085A-2

12MHZ : đối với 8085A-1

tần số đưa vaò từ X1,X2 được chia 2 bên trong vi xử lí

 CLK (out) - Clock Output : ngõ ra xung đồng hồ Cung cấp các tín hịêu xung đồng hồ cho các thành phần khác thuộc hệ thống Nó có cùng tần tần số với xung đồng hồ bên trong vi xử lí

Do đó :

fx1x2

fCLK = 

2

Bảng 4.1: trạng thái chu kì máy và các tín hiệu điều khiển 8085

Trạng thái Chu kỳ máy IO/M S1 S0 Các tín hiệu điều khiển Tìm kiếm mã hoạt

động

Z =Tổng trở cao (3 trạng thái : Tri –States)

X = Không xác định ( Don’t care )

 Các ngắt và các hoạt động Khởi tạo bên ngòai

Vi xử lí 8085 có năm tín hiệu ngắt có thể được sử dụng để ngắt một sự thi hành chương trình Vi xử lí trả lời một ngắt bằng tín hiệu INTA (Interrupt Acknowledge) Ngòai các ngắt, ba chân –RESET, HOLD và READY- Tiếp nhận các tín hiệu khởi tạo bên ngoài như là các ngõ vào

Để đáp ứng yêu cầu HOLD, vi xử lí có một tín hiệu gọi là HLDA (Hold Acknowledge)  RESET IN : Khi tín hiệu trên chân này xuống mức logic thấp,bộ đém chương trình được đặt lại về không, các tuyến ở trạng thái tổng trở cao và vi xử lí bị đặt lại (reset)  RESET OUT : Tín hiệu này chỉ thị rằng vi xử lí đang đặt lại.Tín hiệu này có thể được sử dụng để đặt lại các thiết bị khác

Các tín hiệu khác ,xem Bảng 4.2

Bảng 4.2 : Các ngắt và các tín hiệu khởi tạo bên ngoài 8085

 INTR (Vào ) : Interrupt Request

Tín hiệu này được sử dụng như là một bộ ngắt phổ dụng(general purpose interrupt), nó tương tự với tín hiệu INT của 8085A

 INTA (Ra) : Interrupt Acknowledge

Tín hiệu này dùng để trả lời một ngắt

 RST 7.5 (Vào) : Restart Interrupt;

RST 6.5

RST 5.5

Đây là các ngắt có định hướng (vectored interrupt) và che được.Chúng có quyền ưu tiên ngắt cao hơn INTR Trong số ba ngắt này, thứ tự ưu tiên là RST 7.5,RST 6.5 và 5.5

TRAP (Vào)

Đây là một ngắt không che được và có quyền ưu tiên cao nhất

Lọai ngắt Ô nhớ để gọi ngắt

 HLDA (Ra) : Hold Acknowledge

Tín hiệu trả lời theo yêu cầu HOLD

 READY (Vào)

Tín hiệu này được sử dụng để trì hoãn các chu kỳ.Đọc hay Ghi của vi xử lí cho đến khi một ngoại vi sẵn sàng để gởi hoặc nhận dữ liệu.Khi tín hiệu này xuống thấp,vi xử lí đợi trong một số nguyên lần các chu kỳ đồng hồ cho khi nó lên cao

 Các cổng I/O nối tiếp

Vi xử lí 8085 có hai tín hiệu để thực hiện việc truyền dữ liệu nối tiếp

 SID : Seria Input Data Dữ liệu vào nối tiếp tín hệu này nạp vào bit D7 của thanh ghi A trong suốt quá trình thực hiện lệnh RIM

 SOD : Serial Out put Data Dữ liệu ra nối tiếp.Lệnh này được niêu rõ bởi lệnh SIM

4.3 CẤU TRÚC BÊN TRONG 8085

Hình 4.3 TRình bày cấu trúc bên trong của 8085 Nó bao gồm Đơn vị logic và số học ALU (Arithmetic and Logic Unit ), đơn vị định thời và điều khiển

(Timng and Control Unit ), Bộ giải mã và thanh ghi lệnh (Instruction Register and Decoder),Dãy thanh ghi (Register Array), Điều khiển ngắt (Interrupt Control) và Điều khiển I/O nối tiếp (Serial I/O Control)