thiết kế, chế tạo robot theo chủ đề và luật thi ROBOCON 2010 robot khafraa 2, phần mạch và lập trình điều khiển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ ooo LÊ MINH VƢƠNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT THAM GIA ROBOCON 2010 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ Nha Trang, Ngày 12 tháng 06 năm 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ LÊ MINH VƢƠNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT THAM GIA ROBOCON 2010 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ CÁN BỘ HƢỚNG DẪN PGS.TS : NGUYỄN VĂN NHẬN KS : ĐỖ QUỐC CHÍ Nha Trang, Ngày 12 tháng 06 năm 2010 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ tên: Lê Minh Vương Lớp: 48CKCD Chuyên ngành: Công nghệ Cơ điện tử Mã ngành: Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot tham gia 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: Lê Minh Vương Lớp: 48CKCD Chuyên ngành: Công nghệ Cơ điện tử Mã ngành: Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot tham gia 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) LỜI CẢM ƠN Cứ sau mỗi chặng đường đi qua, chúng ta lại thấy được mình lớn hơn và vững vàng hơn nhiều trong kiến thức cũng như năng lực. Chặng đường vừa qua là chặng đường bốn năm đầy thử thách dưới mái trường Đại học Nha Trang. Nơi đây đã không chỉ đơn giản cung cấp cho chúng ta kiến thức khoa học kĩ thuật mà quý hơn cả là đã nhóm lên cho chúng ta ngọn lửa yêu khoa học và rèn luyện cho chúng ta một nghị lực, bản lĩnh để làm hành trang cho mỗi chúng ta bước vào đời. Xin mãi ghi nhớ công ơn của tất cả Quý thầy cô đã dìu dắt chúng ta từ buổi học vỡ lòng cho đến ngày hôm nay. Kính lời cảm ơn thầy cô của Khoa, đã dành nhiều tình cảm tốt đẹp đối với chúng em và tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em học tập tốt. Gửi đến thầy Nguyễn Văn Nhận, thầy Vũ Thăng Long, thầy Nguyễn Văn Định, thầy Trần Văn Hùng, thầy Đỗ Quốc Chí lời ghi ơn vô vàn, người đã trực tiếp theo sát, tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đề tài. Gửi đến Quý thầy trong Bộ môn Cơ điện tử đã giúp đỡ, hướng dẫn, dạy chúng em trong suốt quá trình học vừa qua. Bên cạnh đó, gia đình là nguồn động lực to lớn về tinh thần lẫn vật chất giúp chúng ta bước đi trên con đường đã chọn. Xin cảm ơn ba mẹ và tất cả những người thân đã động viên về mọi mặt trong suốt quá trình học tập. Sau cùng, xin cảm ơn chân thành đến tất cả các bạn trong lớp về sự giúp đỡ và những ý kiến đóng góp của tất cả các bạn trong suốt quá trình làm đề tài. Sinh viên thực hiện Lê Minh Vương i MỤC LỤC Nhiệm vụ đồ án Trang LỜI NÓI ĐẦU 1 Chƣơng 1 GIỚI THIỆU CHUNG 2 1.1. Giới thiệu cuộc thi sáng tạo Robot 3 1.2. Sơ đồ cấu trúc của một Robot 3 1.3. Chủ đề và luật thi Robocon năm 2010 4 1.3.1. Giới thiệu về chủ đề 4 1.3.2. Khái quát về luật thi 4 1.3.3. Quy định cho trận đấu 6 1.3.4. Thiết lập robot 8 1.3.5. Cách tính điểm 10 1.4. Cơ sở lý thuyết 11 1.4.1. Phần cơ khí 11 1.4.2. Phần điện 19 Chƣơng 2 PHƢƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 31 2.1. Phương pháp nghiên cứu 32 2.2. Nội dung nghiên cứu 33 2.2.1. Xây dựng phương án 33 2.2.2. Lựa chọn phương án chế tạo 40 2.2.3. Thiết kế phần cơ khí 40 2.2.4. Thiết kế phần điện 46 2.2.5. Phần mạch điện 46 a. Khối mạch Vi điều khiển 46 b. Khối mạch công suất 52 c. Sơ đồ mạch đầy đủ 55 2.3. Sơ đồ giải thuật lập trình 57 2.3.1. Chương trình chính 57 2.3.2. Chương trình retry 58 2.3.3. Chương trình tính giá trị trung bình mắt dò đường 59 2.3.4. Chương trình chạy thẳng 61 2.3.5. Chương trình chỉnh vạch 63 2.3.6. Chương trình nhận nút nhấn dùng 74148 65 2.3.7. Chương trình đếm vạch 66 2.3.8. Chương trình chạy thẳng từ khu xuất phát đến kim tượng tháp 68 2.3.9. Chương trình chỉnh quà tầng 1 …71 2.3.10. Chương trình đặt quà đỉnh 73 2.3.11. Kiểm tra quà đỉnh đã đặt đúng vị trí chưa và xử lí 75 2.3.12. Chương trình phương án 1 78 Chƣơng 3 THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 83 ii 3.1. Thử nghiệm 84 3.1.1. Với quá trình thiết kế và chương trình như đã nêu trên trong quá trình thửnghiệm mắc phải một số lỗi 85 3.1.2. Cách khắc phục 85 3.2. Phân tích kết quả 85 Chƣơng 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 86 4.1. Kết luận 87 4.2. Đề xuất 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 iii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ chung của Robot Hình 1.2: Sân thi đấu Hình 1.3: Kim tự tháp Khufu Hình 1.4: Kim tự tháp Khafra Hình 1.5: Kim tự tháp Mankaura Hình 1.6: Ê tô Hình 1.7: Máy khoan bàn Hình 1.8: Máy khoan tay Hình 1.9: Mũi khoan Hình 1.10: Máy cắt tay Hình 1.11: Cưa máy Hình 1.12: Bàn chỉnh góc của cưa Hình 1.13: Một vài loại kìm Hình 1.14: Giũa Hình 1.15: Một vài loại thước Hình 1.16: Kìm bấm rive Hình 1.17: Hình dáng một vài loại bánh xe robot Hình 1.18: Động cơ Hàn Quốc Hình 1.19: Động cơ gạt nước Hình 1.20: Một số loại khác Hình 1.21: Sơ đồ chân của ATmega32 Hình 1.22: Sơ đồ khối Hình 1.23: Sơ đồ chân I/O Hình1.24: Bảng trạng thái I/O Hình 1.25: Sơ đồ khối timer 8 bits Hình 1.26: Sơ đồ khối timer 16 bits iv Hình 1.27: Sơ đồ thời gian của chế độ CTC Hình 1.28: Sơ đồ thời gian của chế độ Fast PWM Hình 1.29: Sơ đồ thời gian của chế độ Phase corect PWM Hình 1.30: Sơ đồ chân của AT90S2313 Hình 1.31: Hình dáng và cấu tạo bên trong encoder Hình 1.32: Tín hiệu đầu ra của Encoder Hình 1.33: Cấu tạo và biểu đồ xung của một encoder quang tương tự 16 bits Hình 1.34: Sơ đồ nguyên lý của một loại photoelectric switch Hình 1.35: Hình ảnh thực tế của một loại photoelectric switch Hình 2.1: Hình dáng và kích thước kim tự tháp Khafra Hình 2.2: Kích thước hình dáng khối cấu kiện cố định trên Kim tư tháp Hình 2.3: Hình dáng, kích thước khối cấu kiện chính Hình 2.4: Hình dáng, kích thước khối cấu kiện đỉnh Hình 2.5: Bản vẽ bố trí chung (a), bản vẽ cách đặt cấu kiện (b) Hình 2.6: Bản vẽ cách đặt cấu kiện (a), bản vẽ bố trí chung (b) Hình 2.7: Khu vực xuất phát Hình 2.8 Bản vẽ cách đặt cấu kiện (a), bản vẽ bố trí chung (b) Hình 2.9: Bản vẽ đế Hình 2.10: Bánh xe tự lựa Hình 2.11: Bản vẽ bộ phận ngã quà Hình 2.12: Bản vẽ tang cuốn nhả cáp Hình 2.13 Bản vẽ cơ cấu đặt quà đỉnh Hình 2.14: Bản vẽ robot hoàn chỉnh Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo nguồn 5V Hình 2.16: Sơ đồ layout mạch tạo nguồn 5V Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý ATmega32 Hình 2.18: Sơ đồ layout Hình 2.19: Sơ đồ nguyên lý của AT90S2313 v Hình 2.20: Khối công tắc Hình 2.21: Mạch tạo nguồn công suất Hình 2.22 : Mạch cách ly sử dụng opto PC817 Hình 2.23 :Sơ đồ IC đệm ULN2803 Hình 2.24: Mạch đóng mở và đảo chiều một động cơ Hình 2.25: Hình ảnh thực tế của mạch điện Hình 3.1: Hình ảnh thực tế của Robot [...]... nó, dù có nằm đúng vị trí hay không, cũng đều không được tính điểm 1.3.4 Thi t lập robot Có hai phút để các đội thi t lập cho tất cả các robot trước khi bắt đầu mỗi trận đấu Điều này bao gồm nạp sẵn (để cấu kiện vào robot) và sắp xếp các khối cấu kiện trong kho Mỗi đội có ba thành viên có thể tham gia vào các thi t lập robot Nếu một đội không hoàn tất thi t lập robot trong hai phút thì có thể tiếp tục... Sơ đồ cấu trúc của một Robot Nút nhấn Start Bộ điều khiển trung tâm Cơ cấu chấp hành LED Đối tượng Công tắc hành trình Encoder Cảm biến dò đường Cảm biến khác Hình 1.1: Sơ đồ chung của Robot 4 1.3 Chủ đề và luật thi Robocon năm 2010 1.3.1 Giới thi u về chủ đề Cuộc thi sáng tạo Robot châu Á - Thái Bình Dương 2010, được tổ chức tại Cairo – Ai Cập với chủ đề là: Robo-Pharaohs xây Kim tự tháp (Robo-Pharaohs... trong đội có trách nhiệm khởi động và điều khiển Robot bằng tay  Người điều khiển Robot bằng tay có thể di chuyển tự do trong vùng điều khiển bằng tay, với một bộ điều khiển trong tay trong suốt quá trình xây dựng Khufu  Người điều khiển Robot bằng tay phải rời khỏi khu vực chơi sau khi tắt và để Robot bằng tay tại bất cứ nơi nào trong vùng điều khiển bằng tay  Nếu hai Robot tự động được sử dụng (đối... năm 2010 Sinh viên thực hiện Lê Minh Vương 2 Chƣơng 1 GIỚI THI U CHUNG 3 1.1 Giới thi u cuộc thi sáng tạo Robot Robocon, viết tắt của chữ 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, Robocon. .. Thi t kế, chế tạo Robot theo chủ đề và luật thi robocon 2010 dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Nhận, thầy Vũ Thăng Long, thầy Nguyễn Văn Định, thầy Trần Văn Hùng và thầy Đỗ Quốc Chí Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện đồ án do hạn chế về kiến thức, kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những sai sót Vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự góp ý của Quý thầy, để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp và nhiệm... với robot thì robocon là một sân chơi bổ ích, tham gia robocon để có thể áp dụng tất cả các kiến thức mình đã học cả về cơ khí, mạch điện và lập trình mới có thể hoàn thành một robot, thông qua sân chơi này sinh viên được giao lưu học hỏi các sinh viên trường khác để hoàn thi n các kiến thức mình đã được học trong bốn năm đại học Và chính vì lý do đó nhóm chúng em được nhận đề tài tốt nghiệp Thi t kế,. .. gọt và tạo hình, khuôn Được sử dụng trong chế tạo máy và dụng cụ gia đình Trong chế tạo robot phôi nhựa được sử dụng tiện tang cuốn cáp, con lăn, bạc đỡ, và gia cường cho nhôm hộp tại một số vị trí chịu lực 15 - Các loại vật liệu khác như Inox, phíp, mica, gỗ,  Thi t bị Bánh xe: Yêu cầu đối với bánh xe dùng cho Robot tự động là nhẹ, có độ ma sát tốt để khỏi bị trượt trong quá trình hoạt động của robot. .. 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 hướng phát triển của các ngành công nghiệp... số thi t bị khác: đinh Rive, bulong các cở,… 19 1.4.2 Phần điện a Lý thuyết sơ lược Vi điều khiển AVR - Vi điều khiển Atmega32 thuộc họ AVR là họ Vi điều khiển 8 bits theo công nghệ mới, với những tính năng rất mạnh được tích hợp trong chip của hãng Atmel theo công nghệ RISC (viết tắt của Reduced Instructions Set Computer - Máy tính với tập lệnh đơn giản hóa), nó mạnh ngang hàng với các họ Vi điều khiển. .. trong quá trình đếm lên và sẽ được set bằng 1 khi giá trị so sánh xuất hiện trong quá trình đếm xuống Chế độ so sánh đảo thì các giá trị là ngược lại Với hoạt động hai sườn xung này thì chế độ này không tạo ra được tần số nhỏ như chế độ một sườn xung Nhưng do tính cân đối của hai sườn xung thì nó tốt hơn cho điều khiển động cơ Chế 26 độ phase correct PWM hoạt động cố định là 8 bits Trong chế độ này . trúc của một Robot 3 1.3. Chủ đề và luật thi Robocon năm 2010 4 1.3.1. Giới thi u về chủ đề 4 1.3.2. Khái quát về luật thi 4 1.3.3. Quy định cho trận đấu 6 1.3.4. Thi t lập robot 8 1.3.5 hoàn thi n các kiến thức mình đã được học trong bốn năm đại học. Và chính vì lý do đó nhóm chúng em được nhận đề tài tốt nghiệp Thi t kế, chế tạo Robot theo chủ đề và luật thi robocon 2010 . chọn phương án chế tạo 40 2.2.3. Thi t kế phần cơ khí 40 2.2.4. Thi t kế phần điện 46 2.2.5. Phần mạch điện 46 a. Khối mạch Vi điều khiển 46 b. Khối mạch công suất 52 c. Sơ đồ mạch đầy đủ