Đồ án thiết kế, chế tạo robot tham gia cuộc thi robocon 2010 phần cơ khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ ***** TRƯƠNG BÁ DOANH THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY THAM GIA ROBOCON 2010 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: CƠ ĐIỆN TỬ Nha Trang, tháng 07 năm 2010 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, em đã nhận được sự giúp đỡ, động viên, khích lệ của gia đình, thầy cô và bạn bè. Qua đây em xin được bày tỏ lòng biết ơn đến: Ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí – Trường Đại học Nha Trang. Tập thể quý thầy cô giáo, bạn bè trong khoa Cơ Khí. Tập thể đội Robocon năm 2010 Trường đại học Nha Trang. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Th.S Vũ Thăng Long, thầy Th.s Nguyễn Hữu Thật, thầy Trần Văn Hùng, thầy Đỗ Quốc Chí và thầy Nguyễn Văn Định đã hướng dẫn, giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Em xin cảm ơn gia đình đã tạo điều kiện, động viên em trong suốt thời gian học tập và làm đồ án tại Trường. Nha Trang, ngày 25 tháng 05 năm 2010 Sinh viên thực hiện Trương Bá Doanh NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ tên : Trương Bá Doanh Lớp: 48CTU Chuyên ngành: Công nghệ Cơ- Điện Tử Mã ngành: Tên đề tài : “Thiết kế chế tạo Robot tham gia cuộc thi Robocon 2010” Số trang………………, số chương…………… , tài liệu tham khảo Hiện vật: Nhận xét Kết luận: Nha Trang, ngày… tháng … năm… Cán bộ hướng dẫn (Kí và ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Họ tên : Trương Bá Doanh Lớp: 48CTU Chuyên ngành : Công nghệ Cơ- Điện Tử Mã ngành: Tên đề tài : “Thiết kế chế tạo Robot tham gia cuộc thi Robocon 2010” Số trang………………, số chương…………… , tài liệu tham khảo Hiện vật: Nhận xét Kết luận: Điểm phản biện Điểm chung Bằng số Bằng chữ Nha Trang, ngày… tháng … năm… Cán bộ phản biện (Kí và ghi rõ họ tên) Nha Trang, ngày … tháng … năm … Chủ tịch hội đồng (Kí và ghi rõ họ tên) MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH SỬ DỤNG TRONG BÁO CÁO DANH SÁCH BẢNG BIỂU DÙNG TRONG BÁO CÁO LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I:GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. GIỚI THIỆU VỀ CUỘC THI SÁNG TẠO ROBOT 1.2. GIỚI THIỆU LUẬT CỦA CUỘC THI SÁNG TẠO ROBOT 2010 1.2.1 Tổng quan về sân thi đấu 1.2.2. Quy định cho trận đấu 1.3.3. Cách tính điểm 1.3. LUẬT THI ĐẤU CHI TIẾT VÙNG ROBOT ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY 1.3.1. Giới thiệu vùng sân thi đấu của Robot bằng tay 1.3.2. Quy định khi thi đấu 1.3.3. Quy định đối với Robot bằng tay khi thiết kế chế tạo 1.4. CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA ROBOT 1.4.1. Hệ thống nút nhấn điều khiển 1.4.2. Bộ điều khiển trung tâm 1.4.3. Khối truyền động 1.4.4. Công tắc hành trình CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - 37 - 2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.2.1 Tìm hiểu Robot các năm trước 2.2.3. Xây dựng các phương án 2.2.3. Xây dựng các phương án 2.3. THIẾT KẾ CHO PHƯƠNG ÁN ĐƯỢC LỰA CHỌN 2.3.1. Thiết kế cơ khí 2.3.2. Thiết kế mạch điện 51 - 2.3.3 Lập trình điều khiển 2.4. CHẾ TẠO CÁC PHẦN VÀ LẮP RÁP ROBOT CHƯƠNG III: THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 3.1. NHỮNG LỖI PHÁT SINH SAU KHI THỬ NGHIỆM TRÊN SÂN 3.2. CÁCH KHẮC PHỤC VÀ SỬA CHỮA LỖI 3.3. KẾT QUẢ SAU KHI KHẮC PHỤC VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 3.3.1. Kết quả khắc phục : 3.3.2 Hướng phát triển CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 4.1. KẾT LUẬN 4.2. ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC HÌNH SỬ DỤNG TRONG BÁO CÁO Trang Hình 1.1: Tổng quan sân thi đấu Robocon 2010 Hình 1.2: Kim tự tháp Khufu Hình 1.3: Kim tự tháp Khafa Hình 1.4: Kim tự tháp Mankaura Hình 1.5: Vùng sân thi đấu của Robot bằng tay - 6 - Hình 1.6: Hình dạng và kích thước khối cấu kiện cố định……………………… 7- Hình 1.7: Khối cấu kiện chính dùng để xây dựng Kim tự tháp - 7 - Hình 1.8: Khối cấu đỉnh Vàng dùng để xây dựng Kim tự tháp - 7 - Hình 1.9: Sơ đồ chung của một Robot - 9 - Hình 1.10: Sơ đồ chung của Robot điều khiển bằng tay - 10 - Hình 1.11: Hình dạng bên ngoài của tay cầm Sony Playstation 2 - 58 - Hình 1.12: Sơ đồ đấu nối dây của tay cầm Sony Playstation 2 - 60 - Hình 1.13: Đọc một byte từ tay cầm Sony Playstation 2 - 58 - Hình 1.14: Đọc một Frame từ tay cầm Sony Playstation 2 - 60 - Hình 1.15: Một số Vi điều khiển họ AVR - 10 - Hình 1.16: Cấu trúc bộ nhớ của AVR - 58 - Hình 1.17: Thanh ghi 8 bit - 60 - Hình 1.18: Register file - 58 - Hình 1.19: Cấu trúc bên trong của AVR - 60 - Hình 1.20: Cấu trúc chân trong PORT của Vi điều khiển AVR - 10 - Hình 1.21: Thanh ghi DDRA - 58 - Hình 1.22: Thanh ghi PORTA - 60 - Hình 1.23: Thanh ghi PINA - 58 - Hình 1.24: Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 8bit - 60 - Hình 1.25: Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 16 bit - 58 - Hình 1.26: Thanh ghi TCCR0 - 60 - Hình 1.27: Thanh ghi TCNT0 - 58 - Hình 1.28: Thanh ghi 0CR0 - 60 - Hình 1.29: Thanh ghi mặt nạ ngắt - 10 - Hình 1.30: Thanh ghi cờ ngắt - 58 - Hình 1.31: Sơ đồ thời gian của chế độ so sánh - 60 - Hình 1.32: Chế độ Fast PWM - 58 - Hình 1.33: Chế độ Phase correct PWM - 60 - Hình 1.34: Chế độ Phase correct PWM - 60 - Hình 1.35: Sơ đồ chân của ATMEGA32 - 27 - Hình 1.36: Hình dạng bên ngoài của ATMEGA32 - 28 - Hình 1.37: Linh kiện Opto - 28 - Hình 1.38: Linh kiện ULN2803 - 28 - Hình 1.39: Linh kiện IRF540 - 28 - Hình 1.40: Rơ le - 28 - Hình 1.41: Cấu tạo của động cơ DC - 28 - Hình 1.42: Nguyên tắc hoạt động của động cơ DC - 28 - Hình 1.43: Động cơ DC KM3448 - 28 - Hình 1.44: Động cơ gạt nước - 28 - Hình 1.45: Một bộ nhông, đĩa và xích - 28 - Hình 1.46: Bộ truyền đai - 28 - Hình 1.47: Các loại bánh được sử dụngtrong Robot - 28 - Hình 1.48: Công tắc hành trình thường thấy trong Robocon - 28 - Hình 2.1: Robot điều khiển bằng tay phương án 1 - 40 - Hình 2.2: Robot điều khiển bằng tay phương án 2 - 42 - Hình 2.3: Robot điều khiển bằng tay phương án 3 - 43 - Hình 2.4: Bản vẽ khâu trượt đế của Robot bằng tay - 45 - Hình 2.5: Bản vẽ khối gỗ nằm ngang đỡ phần thân Robot - 45 - Hình 2.6: Bản vẽ con lăn trượt đế - 46 - Hình 2.7: Bản vẽ nhôm tấm dùng để giữ hai đầu con lăn - 46 - Hình 2.8: Đĩa xích - 47 - Hình 2.9: Nhông xích gắn trực tiếp trên động cơ - 47 - Hình 2.10: Hình ảnh thực tế của khâu trượt đế robot bằng tay - 48 - Hình 2.11: Con lăn trong cơ cấu nâng hạ cánh tay Robot - 49 - Hình 2.12: Tang đẩy quà làm từ phôi nhựa - 49 - Hình 2.13: Khâu lấy quà của Robot điều khiển bằng tay Hình 2.14: Cánh tay phía trên của Robot Hình 2.15: Cánh tay phía dưới của Robot Hình 2.16: Nhông gắn trên trục đẩy quà Hình 2.17: Mô phỏng Robot điều khiển bằng tay Hình 2.18: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo nguồn 5V Hình 2.19: Khối mạch ATMEGA32 Hình 2.20: Mạch tạo nguồn công suất Hình 2.21: Mạch cách ly Hình 2.22: Khối đệm sử dụng IC ULN28 Hình 2.23: Mạch đóng mở và đảo chiều một động cơ Hình 2.24: Mạch Layout của Robot bằng tay Hình 2.25: Mạch điều khiển ngoài thực tế Hình 2.26: Giải thuật đọc Gamepad Hình 2.27: Giải thuật điều khiển Robot bằng tay Hình 2.27: Hình ảnh Robot ngoài thực tế DANH SÁCH BẢNG BIỂU DÙNG TRONG BÁO CÁO Bảng 1: Bảng chia giai đoạn và thời gian thực hiện mỗi giai đoạn Bảng 2: Số chân có ở đầu ra của tay cầm Sony Playstation 2 Bảng 3: Cấu hình các chân của cổng Bảng 4: Bảng chọn chế độ hoạt động của Timer Bảng 5: Chế độ so sánh không PWM Bảng 6: Bảng mô tả các bit chọn nguồn xung LỜI MỞ ĐẦU Với việc phát minh ra các loại máy móc thì lao động chân tay của con người ngày càng hạn chế, thay vào đó con người chỉ chế tạo và điều khiển các máy móc để thực hiện công việc của mình. Tuy nhiên với các loại máy móc thông thường thì độ chính xác không cao, phụ thuộc nhiều vào người điều khiển. Vì vậy, con người đã phát minh ra Robot tự động, Robot tự động sẽ là lao động chính trong tương lai, và là xu hướng phát triển của các ngành công nghiệp trong thời đại ngày nay. Đối với sinh viên ngành Cơ điện tử để làm quen với Robot thì Robocon là một sân chơi bổ ích, tham gia Robocon đòi hỏi sinh viên phải biết áp dụng tất cả các kiến thức mình đã học về cơ khí, điện tử và lập trình thì mới có thể hoàn thành được một Robot. Thông qua sân chơi này sinh viên được giao lưu học hỏi với các sinh viên trường khác để hoàn thiện hơn kiến thức của mình. Và cũng chính vì lý do đó mà nhóm chúng em đã chọn đề tài tốt nghiệp là : “Thiết kế chế tạo Robot điều khiển bằng tay tham gia Robocon 2010” dưới sự hướng dẫn của thầy Th.S Vũ Thăng Long,thầy Th.s Nguyễn Hữu Thật, thầy Trần Văn Hùng, thầy Đỗ Quốc Chí và thầy Nguyễn Văn Định. Do sự giới hạn kiến thức cũng như thời gian thực hiện đồ án nên bài báo tốt nghiệp này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô để bài báo cáo được hoàn thiện hơn. Bài báo cáo gồm có bốn chương sau: - Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG - Chương 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Chương 3: THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH - Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT - 0 - CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG [...]...1.1 GIỚI THI U VỀ CUỘC THI SÁNG TẠO ROBOT Robocon là chữ viết tắt của cụm từ Robot Contest, là cuộc thi sáng tạo Robot Châu Á Thái Bình Dương hằng năm Cuộc thi được tổ chức lần đầu tiên vào năm 2002 tại Nhật Bản có 20 đội đến từ các quốc gia trong khu vực tham gia và Việt Nam đã lần đầu tiên đăng quang trong cuộc thi này Từ đó đến nay, đội tuyển Robot Việt Nam đã ba lần đạt chức... thần học tập và sáng tạo của sinh viên Việt Nam Cuộc thi này đã thu hút khá nhiều sinh viên trong nước và quốc tế tham gia Đã có nhiều thế hệ sinh viên đã đạt được rất nhiều thành công từ những kì thì này Trường Đại học Nha Trang cũng đã nhiều năm tham gia cuộc thi sáng tạo Robot và cũng đã đạt được những thành tích nhất định Cuộc thi sáng tạo Robocon châu Á - Thái Bình Dương 2010, được tổ chức tại... Khufu - Giai đoạn thứ hai là sử dụng một hoặc hai Robot tự động để xây dựng Kim tự tháp Khafra - Giai đoạn thứ ba là sử dụng một Robot tự động để xây dựng Kim tự tháp Mankaura - Bảng sau đây cho thấy ba giai đoạn và thời gian hoàn thành mỗi giai đoạn Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Giai đoạn 3 Kim tự tháp Khufu Khafa Mankaura Thời gian 90 60 30 Bảng 1: Bảng chia giai đoạn và thời gian thực hiện mỗi giai đoạn... khối cấu kiện Đội chiến thắng gọi là “Robo-Pharaoh” là đội hoàn thành việc xây dựng các phần của ba Kim tự tháp nhanh nhất Trong vòng ba phút, hai đội sẽ thi đấu với mục đích tạo dựng lại một trong bảy kỳ quan của thế giới 1.2 GIỚI THI U LUẬT CỦA CUỘC THI SÁNG TẠO ROBOT 2010 1.2.1 Tổng quan về sân thi đấu - Sân thi đấu bao gồm 2 vùng tự động, 1 vùng điều khiển bằng tay và 3 Kim tự tháp (Khufu, Khafa... LUẬT THI ĐẤU CHI TIẾT VÙNG ROBOT ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY Mỗi Robot bằng tay có thời gian 90 giây để hoàn thi n việc xây dựng Kim tự tháp Khufu Đội nào đặt được khối cấu kiện đỉnh màu vàng lên trước là đội giành chiến thắng trong khu vực Kim tự tháp Khufu 1.3.1 Giới thi u vùng sân thi đấu của Robot bằng tay Vùng thi đấu của Robot bằng tay gồm có những khu vực như sau: - Vùng được phép hoạt động của Robot. .. thành ba giai đoạn - Robot điều khiển bằng tay có thể được nạp (trước khi bắt đầu trận đấu) tối đa là bốn khối cấu kiện - Mỗi Robot tự động có thể được nạp (trước khi bắt đầu trận đấu) một số cấu kiện tuỳ ý - Mỗi giai đoạn được dành để xây dựng một Kim tự tháp - Chỉ có một Robot bằng tay được phép sử dụng - Số lượng các Robot tự động được phép sử dụng là 1÷3 Robot - Giai đoạn đầu tiên là sử dụng Robot. .. cấu kiện lên Robot tại vị trí khởi động - Sau tiếng còi bắt đầu thi đấu của trọng tài người điều khiển không được chạm vào Robot ngoài việc thao tác với tay cầm điều khiển - Trong quá trình xây dựng kim tự tháp Robot bằng tay có thể xâm phạm không gian phía trên của vùng sân Robot tự động - Trong khi xây dựng lớp phía dưới không có bất cứ phần nào của Robot được xâm phạm vào vùng không gian của lớp... chóp khi đặt vào đúng vị trí + Tổng điểm tối đa cho giai đoạn này là 22 điểm + Nếu không đội nào đặt được khối quà đỉnh trong thời gian quy định thì sẽ tính điểm cho những cấu kiện đã hoàn thành đúng vị trí -8- 1.3.3 Quy định đối với Robot bằng tay khi thi t kế chế tạo - Robot bằng tay phải được điều khiển bằng tay Người điều khiển không được cưỡi lên Robot, có thể dùng điều khiển từ xa, sóng hồng ngoại... - Robot phải được nối với người điều bằng dây cáp, độ dài tồi thi u của dây là 1m, tối da là 3m - Khoảng cách tối thi u mà cáp nối với Robot phải cách mặt đất ít nhất 1m - Kích thước giới hạn của Robot trước khi khởi động là 1m(rộng) x 1m (dài) x 1,5m (cao) - Sau khi khởi động Robot có thể vươn cánh tay trong không gian có đường kính 2m nhìn từ trên xuống - Khối lượng tổng cộng cho tất cả các con Robot. .. với nó được thi t lập là ngõ ra Ngược lại nếu 1 bit của thanh ghi DDRx là 0 thì chân tương ứng với nó được thi t lập là ngõ vào Hình 1.21: Thanh ghi DDRA - Thanh ghi PORTx: Đây là thanh ghi 8 bit có thể đọc ghi, đây là thanh ghi dữ liệu của PORTx Nếu một bit của thanh ghi này được thi t lập là 1 thì điện trở - 18 - treo ở chân tương ứng của nó được kích hoạt, ngược lại nếu nếu bit này được thi t lập . Trương Bá Doanh Lớp: 48CTU Chuyên ngành: Công nghệ Cơ- Điện Tử Mã ngành: Tên đề tài : Thi t kế chế tạo Robot tham gia cuộc thi Robocon 2010 Số trang………………, số chương…………… , tài liệu tham. Trương Bá Doanh Lớp: 48CTU Chuyên ngành : Công nghệ Cơ- Điện Tử Mã ngành: Tên đề tài : Thi t kế chế tạo Robot tham gia cuộc thi Robocon 2010 Số trang………………, số chương…………… , tài liệu tham. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ ***** TRƯƠNG BÁ DOANH THI T KẾ CHẾ TẠO ROBOT ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY THAM GIA ROBOCON 2010 ĐỒ ÁN TỐT