Mạch cơ bản trong robot

Luận văn tốt nghiệp 3.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ROBOT Lịch sử phát triển Từ thời cổ xưa, con người đã mong muốn tạo ra những vật giống mình để bắt chúng phục vụ cho bản thân mình. Được thể hiện qua những câu chuyện viễn tưởng thần thoại Hy lạp Đến năm 1921, từ “Robot” xuất hiện đầu tiên trong vỡ kịch “Rossum’s Universal Robots” của nhà viết kịch viễn tưởng người Sec, Karel Capek. Trong vở kịch này, ông dùng từ “Robot”, biến thể của từ gốc Slavơ “Robota”, để gọi một thiết bị – lao công do con người tạo ra. Vào những năm 40 nhà văn viễn tưởng nga, Issac Asimos, mô tả robot là một chiếc máy tự động, mang diện mạo của con người, được điều khiển bằng một hệ thần kinh giả trình Postron, do con người lập trình. Assmov cũng đặt tên cho ngành khoa học nguyên cứu về robot là Robotics, trong đó có 3 nguyên tắc cơ bản: 1. Robot không được xúc phạm con người và không gây tổn hại cho con người. 2. Hoạt động của robot phải tuân theo qui tắc của con người đặt ra. Các qui tắc này không được vi phạm nguyên tắc thứ nhất. 3. Một robot cần phải bảo vệ sự sống của mình, nhưng không được vi phạm 2 nguyên tắc trên. Nhưng khi chế tạo ra robot người ta thống nhất một điểm: thực hiện hoài bảo của con người, là tạo ra thiết bị thay thế mình trong những hoạt động không thích hợp với mình, như: - Các công việc lặp đi lặp lại, nhằm chán, nặng nhọc: vận chuyển nguyên vật liệu, lắp ráp, lau cọ nhà,… - Trong môi trường khắc nghiệt hoặc nguyn hiểm như: ngoài khoảng không vũ trụ, trên chiến trường, dưới nước sâu, trong lòng đất, nơi có phóng xạ hoặc nhiệt độ cao,… - Những việc đoài hoải độ chính xác cao Ngày nay, khái niệm robot không còn hẹp nữa mà mỏ rộng hơn khái niệm nguyên thuỷ rất nhiều. Kết cấu của nhiều con robot khác xa với kết cấu các bộ phận của cơ thể con người và chúng cũng có thể thực hiện được những việc vượt xa khả năng của con người. 3.2 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CHỨC NĂNG CỦA ROBOT VẬN CHUYỂN SVTH : Nguyeãn Phuù Khaùnh 1 Luận văn tốt nghiệp 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 thơng 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 R, trước hết chúng ta quan sát sơ đồ cấu trúc và chức năng của R 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 thơng tin thuận , thơng tin chỉ huy thực hiện nhiệm vụ cho robot. Các đường chỉ mối liên hệ thơng tin ngược, thơng tin phản hồi về q trình làm việc của robot. Chức năng của bộ phận giao tiếp là liên lạc với người vận hành là thực hiện q 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 q 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 thơng 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 mơi trường bên ngồi 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. 3.4 GIỚI THIỆU ROBOT VẬN CHUYỂN SVTH : Nguyễn Phú Khánh 2 Bàn phím Bánh xe Cảm biến Động cơ nâng và kẹp hàng Hệ thống điều khiển Y N Luận văn tốt nghiệp Robot vận chuyển được ứng dụng trong các cơng việc như : chuyển hàng đến nơi sản xuất, vận chuyển sản phẩm đã đóng thùng lên xe,… 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 robot này chưa cao (vì hoạt động theo chế độ tự động khơng người điều khiển) nhưng với u cầu cơng nghệ nhất định nào đó thì robot này có thể đáp ứng được phần nào u cầu. Lưu đồ mơ tả hoạt động của ROBOT Hình 3.4 : Sơ đồ mơ tả hoạt động của ROBOT VẬN CHUYỂN 3.5 TRANG BỊ ĐIỆN TRONG ROBOT VÂN CHUYỂN SVTH : Nguyễn Phú Khánh 3 Nhập sản phẩm vận chuyển Di chuyển đến vò trí lấy sản phẩm Hạ cánh tay Mở hàm kẹp Năng cánh tay Di chuyển đến vò trí cần bỏ Ngừng hoạt động Kiểm tra sản phẩm ? Luận văn tốt nghiệp 3.5.1. Giới thiệu động cơ công tác: Mạch động lực bao gồm 4 động cơ công tác, trong đó 3 động cơ tải 3W ,một động cơ làm nhiệm vụ kẹp và mở, công suất 2 W khả năng chịu quá tải 2s  các động cơ được đánh số từ 1 đến 4. Động cơ 1 : đóng mở hàm kẹp. Động cơ 2 : nâng hạ cánh tay kẹp. Động cơ 3 : chạy bánh trái. Động cơ 4 : chạy bánh phải. 3.5.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ 3 W Các động cơ đều có chung nguyên lý hoạt động . * Đặc điểm: -Nguồn điện áp DC 5 ( 12 V. -Tốc độ thay đổi vô cấp 1200( 4000 v/p. -Cókhả năng mang tải ngay khi cấp nguồn điện. 4.1 GIỚI THIỆU CẤU TRÚC PHẦN CỨNG HỌ MSC-51 (8951): -Đặc điểm và chức năng hoạt động của các IC họ MSC-51 hoàn toàn tương tự như nhau. Ở đây giới thiệu IC8951 là một họ IC vi điều khiển do hãng Intel của Mỹ sản xuất. Chúng có các đặc điểm chung như sau: Các đặc điểm của 8951 được tóm tắt như sau : √ 8 KB EPROM bên trong. √ 128 Byte RAM nội. √ 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit.(vao ra 8bit) √ Giao tiếp nối tiếp. √ 64 KB vùng nhớ mã ngoài √ 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại. √ Xử lí Boolean (hoạt động trên bit đơn). √ 210 vị trí nhớ có thể định vị bit. 4 (s cho hoạt động nhân hoặc chia. Sơ đồ khối của 8951: SVTH : Nguyeãn Phuù Khaùnh 4 OTHER REGISTE R 128 byte RAM 128 byte RAM 8051\805 2 ROM 4K: 8031 4K: 8051 EPROM 4K: 8951 INTERRUP T CONTROL SERIAL PORT TIMER 0 TIMER 1 TIME 2 CPU OSCILATO R BUS CONTROL I/O PORT SERIAL PORT EA\ RST ALE\ PSEN\ P 0 P 1 P 2 P 3 Address\Data TXD RXD TIMER 2 TIMER1 TIMER1 Luận văn tốt nghiệp 4.2 KHẢO SÁT SƠ ĐỒ CHÂN 8951, CHỨC NĂNG TỪNG CHÂN: 1.Sơ đồ chân 8951: C 3 1 0 4 A T 8 9 C 5 1 9 1 8 1 9 2 0 2 9 3 03 1 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 3 9 3 8 3 7 3 6 3 5 3 4 3 3 3 2 R S T X 2 X 1 G N D P S E N A L E / P R O GE A / V P P V C C P 1 . 0 P 1 . 1 P 1 . 2 P 1 . 3 P 1 . 4 P 1 . 5 P 1 . 6 P 1 . 7 P 2 . 0 / A 8 P 2 . 1 / A 9 P 2 . 2 / A 1 0 P 2 . 3 / A 1 1 P 2 . 4 / A 1 2 P 2 . 5 / A 1 3 P 2 . 6 / A 1 4 P 2 . 7 / A 1 5 P 3 . 0 / R X D P 3 . 1 / T X D P 3 . 2 / I N T O P 3 . 3 / I N T 1 P 3 . 4 / T O P 3 . 5 / T 1 P 3 . 6 / W R P 3 . 7 / R D P 0 . 0 / A D 0 P 0 . 1 / A D 1 P 0 . 2 / A D 2 P 0 . 3 / A D 3 P 0 . 4 / A D 4 P 0 . 5 / A D 5 P 0 . 6 / A D 6 P 0 . 7 / A D 7 C 1 3 3 p C 1 6 1 0 u F R 1 0 1 0 K G N D R 1 0 1 0 K Y 1 1 2 M G N D V C C + 5 V C 2 3 3 p S W Sơ đồ khối mạch điện điều khiển robot vận chuyển SVTH : Nguyeãn Phuù Khaùnh 5 Nguồn cung cấp cho động cơ và role. Nguồn cung cấp cho VĐK Luận văn tốt nghiệp 12V 5V SƠ ĐỒ CHI TIẾT CÁC MẠCH ĐIỆN SVTH : Nguyễn Phú Khánh 6 Cảm biến di chuyển và đếm vạch Port 0 8951 Mạch điều khiển động cơ nâng và kẹp hàng n áp 5V Điều khiển động cơ bánh Mạch điều khiển động cơ nâng và hạ hàm AC QUI 12V Bàn phím Luận văn tốt nghiệp 4 .6 SƠ ĐỒ MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT Mạch dao động bên trong chip 8951 được kết nối với một tinh thể thạch anh bên ngoài ở hai chân XTAL1 và XTAL2 (chân 18 và 19) là ngõ vào và ngõ ra của một mạch khuyếch đại đảo được cấu hình để làm mạch dao động bên trong chip. Các tụ ổn định cũng được yêu cầu như trên hình vẽ. Tần số thạch anh sử dụng cho 8951 là 12Mhz. U 1 A T 8 9 C 5 1 9 1 8 1 9 2 0 2 9 3 03 1 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 3 9 3 8 3 7 3 6 3 5 3 4 3 3 3 2 R S T X 2 X 1 G N D P S E N A L E / P R O GE A / V P P V C C P 1 . 0 P 1 . 1 P 1 . 2 P 1 . 3 P 1 . 4 P 1 . 5 P 1 . 6 P 1 . 7 P 2 . 0 / A 8 P 2 . 1 / A 9 P 2 . 2 / A 1 0 P 2 . 3 / A 1 1 P 2 . 4 / A 1 2 P 2 . 5 / A 1 3 P 2 . 6 / A 1 4 P 2 . 7 / A 1 5 P 3 . 0 / R X D P 3 . 1 / T X D P 3 . 2 / I N T O P 3 . 3 / I N T 1 P 3 . 4 / T O P 3 . 5 / T 1 P 3 . 6 / W R P 3 . 7 / R D P 0 . 0 / A D 0 P 0 . 1 / A D 1 P 0 . 2 / A D 2 P 0 . 3 / A D 3 P 0 . 4 / A D 4 P 0 . 5 / A D 5 P 0 . 6 / A D 6 P 0 . 7 / A D 7 V C C D C H A C 2 3 3 p V C C G N D C B H A D U O I Y 1 1 2 M C 1 0 K 12 3 4 5 6 7 8 9 G I A O T I E P B A N P H I M D D 4 J P 3 R E S E T 1 2 3 4 + 5 V C B K E P D C N H A C 1 0 K 12 3 4 5 6 7 8 9 R 1 1 1 0 0 C 1 0 K 1 2 3 4 5 6 7 8 9 D E M V A C H D C N A N G D D 5 C B N A N G T R E N D C K E P R 1 0 1 0 K D D 1 V C C + 5 V R O L E R D D 3 C 3 1 0 4 R O L E L B A N H R D D 2 C 1 0 K 1 2 3 4 5 6 7 8 9 + 5 V G N D B A N H L C 1 6 1 0 u F C 1 3 3 p HINH: Sơ đồ mạch khối xử lý Mạch reset được sử dụng để reset hệ thống bằng cách giữ chân RST của 8951 ở mức cao tối thiểu 2 chu kỳ xung máy, sau đó xuống mức thấp. RST có thể kích bằng tay hoặc được tác động khi cấp nguồn bằng cách dùng một mạch RC như hình vẽ trên. Khi cấp nguồn, do đặc tính của tụ không thay đổi điện áp đột biến nên điện áp đưa vào ngõ vào RST là 5V, sau đó tụ được nạp từ nguồn qua điện trở R2 xuống mass, điện áp trên tụ tăng từ 0V đến 5V. Lúc này điện áp tín hiệu đưa vào chân RST trở lại mức 0V, hệ thống đã được reset. Khi hệ thống đang hoạt động, ta ấn phím reset điện áp tín hiệu đưa vào chân RST làĠ, sau đó nhả phím reset tín hiệu đưa vào ngõ vào RST trở lại mức 0V, hệ thống được reset. SVTH : Nguyeãn Phuù Khaùnh 7 Luận văn tốt nghiệp 1. Mạch điều khiển MOTOR bánh: Mạch điều khiển motor kéo được dùng để điều khiển cho motor kéo bánh xe quay theo những tốc độ khác nhau tuỳ vào xung đưa ra ở các chân ngõ ra P3.0, P3.2 của IC 89C51 Hình 4.10: Sơ đồ mạch điều khiển motor kéo. * 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 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. Dòng cung cấp trung bình I hd = dtti T q T q ) ( 1 0 2 ∫ = dtI T T q . 1 1 0 2 ∫ = 2 1 I T T q SVTH : Nguyeãn Phuù Khaùnh 8 Luận văn tốt nghiệp Motor được chọn là loại có điện áp 12V, dòng khơng tải là đo được là 150mA. Do đó, BJT được chọn phải thoả mãn các u cầu sau: - Vce > 12V. - Ic > 5.150 = 750 mA. - Vbe > 5V. Dựa vào các u cầu trên ta chọn BJT là loại D718 có các thơng số sau: P f(MHz) T (C) Vcbo Vceo Vebo Ic hfe D718 80W 12 150 120v 120v 5 8A 160 Để BJT dẫn bão hoà khi có xung dương đưa vào ngõ vào của mạch điều khiển motor kéo thì điều kiện sau phải thỗ mãn: )(9,0 160 150 min mA I I C B ≈=> β Chọn IB = 2mA. =>R 1 = )(15,2 2 7,05 1 1 Ω= − = − =⇒ k I VV R B Logic γ => Chọn R1 = 2,2K 2. Đảo chiều động cơ bằng Rơle Vì trong q trình vận hành robot có nhiều đoạn đường robot cần phải cho bánh chạy ngược lại nhằm tạo sự linh hoạt cho robot trong q trình đi lại trên đoạn đường u cầu chạy. a. Ngun lý hoạt động và phương pháp đảo chiều động cơ Khi động cơ được cấp nguồn thì động cơ quay theo một chiều nhất định, muốn đổi chiều động cơ bằng cách ta hốn vị các cực của động cơ. - + + - SVTH : Nguyễn Phú Khánh 9 M M I I 1 I q t i(t) Luận văn tốt nghiệp - + + - Ta có thể dùng BJT hay dùng IC để đảo chiều động cơ,nhưng có một cách đảo chiều động cơ rất linh hoạt và mạch điện lại không phức tạp.Đó là phương pháp dùng rơle để đảo chiều động cơ.Ta có mạch điện như sau: G 4 B - S P D T 3 4 5 1 2 M O T O R D C 1 2 V 1 2 A 1 0 1 5 R 1 V C C + 5 V D 4 6 8 V C C + 1 2 V 1 M P 3 . 0 D 7 1 8 1 M 4 7 0 D C N H A V C C + 1 2 V 2 , 2 K A 1 0 1 5 V C C + 1 2 V V C C + 5 V 1 0 0 K G 4 B - S P D T 3 4 5 1 2 2 , 2 K D 4 6 8 4 7 0 1 0 0 K D C K E P Hình 3.5 : Phương pháp đảo chiều quay động cơ dùng rơle Rơle K1 và K2 là hai rơle 12V có tiếp điểm dòng qua cực đại là 10A/25V thoả mãn yêu cầu để có thể dẫn dòng cấo cho động cơ. Khi có tín hiệu 5V từ chip vi điều khiển 8951 gởi tới, giả xử cho động cơ quay theo chiều kim đồng hồ,tín hiệu được cấp đến chân DC UP ,vì ta lấy tín hiệu kích là mức thấp nên lúc này Q4 dẫn bảo hoà, dòng 5V qua EC của Q4 cấp tín hiệu cho Q2 dẫn bão hoà rơle có dòng đổ từ +12V qua tiếp giáp CE xuống Mass làm rơle đóng. Lúc này A của động cơ là +12V,còn B động cơ thì 0V làm cho động cơ quay theo chiều kim đồng hồ. Cũng tương tự như vậy nhưng ngược lại là đấu DCO DOWN được cấp tín hiệu, lúc này A của động cơ là 0V, còn B động cơ là +12V làm cho động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ. 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. Khác với phương pháp điều khiển bằng BJT hay IC thì phương pháp này hay ở chổ là nếu trong trường hợp 2 đầu cấp tín hiệu đều có tín hiệu thì mạch đảo chiều động cơ bằng rơle vẫn an toàn không gây xung đột dòng điện gây hư hỏng các linh kiện điện tử như ở các mạch khác. Tính dong qua relay Relay có thông số kỹ thuật sau Relay 12v/360 Ω SVTH : Nguyeãn Phuù Khaùnh 10 [...]... H ( P 0 5 ) 1 LM 339 4 R 4 47K 1 Ngun lý hoạt động của mạch Mạch so sánh có nhiệm vụ so sánh điện áp vào ( UV )giữa R3 và R4 biến đổi liên tục và điện áp chuẩn (Cch ) của VR2 Trong mạch so sánh, tín hiệu vào tương tự sẽ được biến thành tín hiệu ra dưới dạng mã nhị phân, nghĩa là đầu ra hoặc ở mức thấp (L) hoặc ở mức cao (H) Mạch dò đường tức là mạch có thể nhận thấy sự thay đổi màu sắc của vạch trắng... Cảm biến vạch được đặt mặt dưới của robot, ở đây em dùng 5 cảm biến dò đường đi và 1 cảm biến đém vạch mà robot đã đi được trong q trình vận chuyển.Nhưng tất cả cảm biến đều có chung một cách bố trí như sau SVTH : Nguyễn Phú Khánh 12 Luận văn tốt nghiệp START Khai báo bộ timer và các biến Chờ nhận dữ liệu từ bàn phím Xoá dữ liệu đã nhập RUN ? N Y Chương trình chạy cho ROBOT vận chuyển N Số hàng vận chuyển... hồ thì IB ≥ Ic 2mA = 0.033mA = β min 60 Ta có VBE s=0.8V Chọn trở R= 5 − 0,8 = 127 KΩ 0.033 Chọn R=100K 4.9 MẠCH CẢM BIẾN DỊ ĐƯỜNG CHO ROBOT SVTH : Nguyễn Phú Khánh 11 Ic β min Luận văn tốt nghiệp Dựa vào những đặt điểm về ánh sáng như sự khúc xạ ánh sáng và sự hấp thụ ánh sáng ta co thể làm mạch cảm biến do đường như hình sau VC C R 6 2K2 3 R 7 270 VR 2 100K 2 Y ELLO W 7 R 3 3 2 D 1 + - 6 U 2 V A . khoa học nguyên cứu về robot là Robotics, trong đó có 3 nguyên tắc cơ bản: 1. Robot không được xúc phạm con người và không gây tổn hại cho con người. 2. Hoạt động của robot phải tuân theo qui. thiệu động cơ công tác: Mạch động lực bao gồm 4 động cơ công tác, trong đó 3 động cơ tải 3W ,một động cơ làm nhiệm vụ kẹp và mở, công suất 2 W khả năng chịu quá tải 2s  các động cơ được đánh. đến 4. Động cơ 1 : đóng mở hàm kẹp. Động cơ 2 : nâng hạ cánh tay kẹp. Động cơ 3 : chạy bánh trái. Động cơ 4 : chạy bánh phải. 3.5.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ 3 W Các động cơ đều có chung