thiết kế robot tự động chuyển hàng vào ngăn chứa

Từ yêu cầu của hệ thống chúng em đưa ra mô hình cơkhí như sau: Cơ cấu nâng hạ được chúng em lựa chọn là sử dụng con lăn trên nhôm với hệthống hộp lên thân bao gồm 4 con lăn đối diệ

-BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nhóm sinh viên thực hiện: 1 Nguyễn Văn Bắc 2 Nguyễn Văn Ninh 3 Nguyễn Văn Quyền Khoa : Cơ Khí Ngành : Cơ Điện Tử

Giảng viên hướng dẫn: Th.s Phạm Tuấn Tài Nhận xét của cán bộ phản biện: ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Ngày ,tháng ,năm 2012

Cán bộ phản biện ( Ký, ghi rõ họ và tên )

CHƯƠNG I : SƠ LƯỢC VỀ ROBOT VÀ HỆ THỐNG CẤT

HÀNG TỰ ĐÔNGTỰ ĐỘNG 1.1 SƠ LƯỢC VỀ ROBOT

1.1.1 khái niệm về robot

Robot hay người máy có gốc từ tiếng Séc (Czech) Robot là một loại máy có thểthực hiện những công việc một cách tự động bằng sự điều khiển của máy tính Robot làmột tác nhân cơ khí, nhân tạo, ảo, thường là một hệ thống cơ khí-điện tử Với sự xuấthiện và chuyển động của mình, robot gây cho người ta cảm giác rằng nó giác quangiống như con người

Từ "robot" (người máy) thường được hiểu với hai nghĩa: robot cơ khí và phầnmềm tự hoạt động Robot phải có một vài (không nhất thiết phải đầy đủ) các đặc điểmsau đây:

- Không phải là tự nhiên, tức là do con người sáng tạo ra

- Có khả năng nhận biết môi trường xung quanh

- Có thể tương tác với những vật thể trong môi trường

- Có sự thông minh, có khả năng đưa ra các lựa chọn dựa trên môi trường và đượcđiều khiển một cách tự động theo những trình tự đã được lập trình trước

- Có khả năng điều khiển được bằng các lệnh để có thể thay đổi tùy theo yêu cầu củangười sử dụng

- Có thể di chuyển quay hoặc tịnh tiến theo một hay nhiều chiều

- Có sự khéo léo trong vận động. 

 Một số thuật ngữ trong robot:

- Number of axes -Số lượng trục: - cần có ít nhất hai trục để đi đến bất kỳ một

điểm nào trên mặt phẳng, 3 trục là ít nhất để đi đến bất kỳ một điểm nào trong

cuối của tay robot (cổ tay robot) cần phải có thêm 3 trục nữa (xoay, dốc vàtrệch – roll, pitch, yaw) Một vài thiết kế (ví dụ như robot SCARA) người ta

đã đánh đổi sự giới hạn trong khả năng chuyển động để đạt được tính kinh tế,tốc độ và độ chính xác

- Kinematic- Động học– Sự sắp xếp thực tế của các kết cấu cứng và các khớp

trong robot quyết đinh khả năng di chuyển của robot Robot được chia theođộng học thành các loại Robot có khớp, Robot đề các, song song và SCARA

- Working envelope -Tầm hoạt động – Tầm không gian xa nhất mà robot có thế

“với” tới

- Carrying capacity -Tải trọng  – Khối lượng mà robot có thể nâng.

- Speed -Tốc độ – Tốc độ robot di chuyển phần cuối của tay( cổ tay robot.)

- Accuracy -Độ chính xác – Độ chính xác khi di chuyển đến 1 điểm bất kỳ

được ra lệnh Độ chính xác có thể khác nhau khi ở những tốc độ và vị tríkhác nhau trong cùng một tầm hoạt động

- Motion control -Kiểm soát di chuyển – trong một số ứng dụng ví dụ như

những ứng dụng gắp-đặt đơn giản, robot chỉ di chuyển lặp đi lặp lại đơnthuần đến một số điểm đã được lập trình sẵn Với những ứng dụng phức tạphơn, ví dụ như hàn hồ quang, phải có sự kiểm soát di chuyển liên tục để robot

di chuyển theo các đường trong không gian

- Power source -Nguồn – Một số robot dùng động cơ điện, một số khác dùng

động cơ thủy lực Loại dùng động cơ điện thì nhanh hơn Robot dùng động cơthuỷ lực thì mạnh hơn và có ưu thế hơn trong một số ứng dụng như phun sơn

- khi mà tia lửa điện có thể gây nổ

- Drive -Truyền động – một số robot kết nối động cơ với các khớp qua các thiết

bị, một số khác kết nối thẳng động cơ vào các khớp

1.1.2 Ứng dụng của robot trong thực tế

Với những đặc điểm trên của robot thì nó có rất nhiều những ứng dụng trong thực tế,với nhiều lĩnh vực khác nhau như quân sự, y học, công nghiệp sản xuất, đời sống xã hội…v.v nhưng nhiều nhất là trong lĩnh vực sản xuất

Mục đích của những robot này là dùng để nghiên cứu khoa học, giảm ảnh hưởng của môi trường độc hại tới con người, tăng năng suất lao động…v.v.Nó được chia thành nhiều dạng khác nhau và được ứng dụng trong nhiều ngành như:

- Robot hàn

- Robot láp ráp

- Robot quân sự…v.v

1.2 HỆ THỐNG CẤT HÀNG TỰ ĐỘNG

Hệ thống kho hàng tự động (Automated Storage and Retrieval System - AS/RS) làmột sản phẩm công nghệ cao, nó là kết quả của sự kết hợp của các lĩnh vực cơ khí- tựđộng hóa và công nghệ thông tin

Hiện nay tại các nước phát triển trên thế giới việc sử dụng hệ thống truy cất hàng

đã trở nên rất phổ biến trong các ngành sản xuất Tuy nhiên ở nước ta hiện nay thì việcsử dụng các hệ thống truy cất hàng tự động này gần như chưa có, nhưng với tình hìnhkinh tế ngày một phát triển như hiện nay thì việc sử dụng các hệ thống này chác chắn sẽđược ứng dụng trong thời gian ngắn tới

Các đơn vị ứng dụng AS/RS vào quá trình sản xuất, kinh doanh sẽ giảm chi phínhân công; đảm bảo điều kiện an toàn lao động; quản lý hiệu quả thông tin phục vụ kếhoạch sản xuất kinh doanh; tăng năng suất, đồng thời giúp doanh nghiệp đưa ra cácquyết định thương mại quan trọng

Một hệ thống AS/RS thường gồm một robot tự động chạy trên ray theo phươngngang và phương đứng để cất trữ hoặc lấy hàng trên hai hàng khung kệ chứa hàng được

bố trí song song hai bên

6m; chiều rộng tối đa 2m; chiều rộng đường đi tối thiểu 0,5m; tốc độ chạy dọc tối đa1,5m/s; tốc độ chạy ngang tối đa 1,5m; khả năng mang tải tối đa 100kg.

Hiện nay tại nước ta cũng đang nghiên cứu về kho hàng tự động "made in ViệtNam" có thiết bị tương đương hàng ngoại nhập nhưng giá thành chỉ bằng 50-60% Mặtkhác, do mình nắm được công nghệ nên mỗi khi trục trặc kĩ thuật thì tự khắc phục đượcmà không cần mời chuyên gia nước ngoài sang

So với kho hàng truyền thống đưa hàng vào, ra bằng các xe nâng, AS/RS điềukhiển quy trình đó bằng robot Ngoài ra, AS/RS còn có thể thay đổi thiết kế cho phùhợp với đặc thù sản phẩm của từng công ty Ví dụ, ngành lắp ráp cơ khí (khối lượng lớnvà kích thước lớn), kho thực phẩm như sữa (cần chịu được nhiệt độ đông lạnh) AS/RS là hệ thống quản lý xuất nhập hàng hóa tự động với sự phối hợp các kỹthuật cao về cơ khí, tự động hóa và công nghệ thông tin Hệ thống này được sử dụngphổ biến trong các kho hàng và trung tâm phân phối có mật độ lưu chuyển lớn với nhiềuràng buộc về quản lý hàng

Không chỉ trong lĩnh vực sản xuất, AS/RS còn là mô hình hiệu quả cho nhiềungành như công nghệ sinh học; dược phẩm; bệnh viện; các trung tâm phân phối hànghóa lớn; thư viện hay trong quá trình xử lý thương mại điện tử

CHƯƠNG II : XÂY DỰNG HỆ THỐNG CƠ KHÍ

Để đảm bảo cho một hệ thống có thể hoạt động vững vàng và ổn định thì kết cấu

cơ khí đóng vai trò rất quan trọng Vì robot phải mang theo hàng hóa ở trên di chuyểncũng như phải nâng hàng nên cần có một cơ cấu phải khá vững chắc, điều này cần cóphần đế và cánh tay đòn vững Từ yêu cầu của hệ thống chúng em đưa ra mô hình cơkhí như sau:

Cơ cấu nâng hạ được chúng em lựa chọn là sử dụng con lăn trên nhôm với hệthống hộp lên thân bao gồm 4 con lăn đối diện nhau và ôm lấy thân nhôm với các conlăn dược tiện chính xác để đảm bải hộp lên thân không bị lắc và hộp lên thân được nânglên nhờ hệ thống xích tải nhằm đảm bảo lực kéo đủ lớn trong thực tế

Con lăn bao gồm thân con lăn(được tiện bằng nhựa) trục ren (M8), 2 ổ bi Φ8 Conlăn được thiết kế với cặp con lăn, mỗi cặp có 4 con lăn đối diện nhau và ôm lấy thânnhôm Trong quá trình hoạt động các con lăn luôn hoạt động và ma sát là ma sát lăn nênhộp lên thân có thể lên xuống một cách dễ dàng đảm bảo độ linh hoạt trong khi thi đấucũng như khi di chuyển và nâng hạ

Để giải quyết vấn đề cho cơ cấu nâng hạ chúng em sử dụng hệ thống truyền dâyxích Dây xích thường có ưu điểm hơn phương pháp cuấn tời như chịu tải trọng tốt,không bị trôi khi hệ thống bị dừng đột ngột khi đang mang hàng, và có độ bền khá cao Trong quá trình thực hiện việc chế tạo các bộ phận cơ khí thì việc sử dụng cácphần mềm cơ khí là rất quan trọng và cần thiết Một vài phần mềm được sử dụng nhiều

phần mềm inventer.

Với phương pháp này cho thấy những ưu điểm hơn hẳn:

- Chi phí cho cơ cấu trung bình

- Dễ chế tạo

- Dễ hoạt động và điều chỉnh

- Khối lượng robot trung bình

2.1 PHẦN MỀM INVENTER

INVENTER là một phần mềm cơ khí xuất hiện nhiều trong vài năm trở lại đây Được dùng để vẽ, tính toán , mô phỏng các chi tiết cũng như hệ thống cơ khí Đây là một phần mềm vẽ 3D rất nhanh và chính xác.

Hình2.1 : Giao diện của inventer

 Các chức năng cụ thể của inventer

Hình2.2 : chức năng của inventer

 Các môi trường trong inventer

Trong inventer phân chia rõ ràng các chức năng của các môi trường làm việc, mỗimôi trường sẽ thực hiện một nhiệm vụ riêng biệt, các môi trường này được kí hiệu vớiđuôi khác nhau

- Môi trường skestch (môi trường vẽ biên dạng)

Dùng để phác thảo biên dạng các chi tiết, sau đó từ biên dạng này ta co thể tạonên các hình khối.

Hình 2.3: môi trường sketch

- Môi trường assemply

Đây là môi trường tạo cụm chi tiết, lắp ráp

-Hình 2.4: môi trường assemply

- Môi trường Presentation

Hình 2.6: môi trường Presentation

- Môi trường vẽ 2D:

Môi trường này nhằm tạo ra các hình vẽ 2D hay nó giống như chức năng của autocad

-Hình 2.6: môi trường sketch

2.2 CÁC BỘ PHẬN CƠ KHÍ TRONG ROBOT

2.2.1 Đế ROBOT

Đế dùng để gắn bánh xe và các thành phần cơ khí cũng như điện, điện tử lên đó.Đây cũng là phần chịu tải trọng nhiều nhất nên đòi hỏi tương đối cao về độ cưng vững

Từ những yêu cầu đó chúng em đưa ra những giải pháp cơ khí sau:

Hình: Phần đế của Robot

Khung đế được làm bằng thép để đảm bảo đô cứng vững với phần đế được chialàm hai phần phần đế trên và phần đế dưới với diện tích 600x600 mm Trên đế được gắn

4 bánh trong đó có 2 bánh chủ động gắn trực tiếp vào động cơ thông qua hai cấp truyềnxích trên đế để đảm bảo robot chuyển động nhanh có hai giải pháp sau:

- Một là giải pháp về phần điện: Tăng xung cấp tối đa cho động cơ đảm bảo chođộng cơ hoạt động với tốc độ lớn

- Hai là giải pháp về cơ khí: Tăng đường kính bánh chủ động, tức là với một vòngquay của trục động cơ robot có thể di chuyển được quãng đường dài hơn hoặc làthiết kế tính toán bộ truyền

2.2.2 Thanh trụ than dẫn(than robot)

tựa cho cơ cấu nâng và cánh tay đòn Thanh dẫn còn có tác dụng dẫn hướng cho cơ cấunâng hạ lên xuống.

Thanh dẫn có chiều dài là 1m, được làm bắng nhôm có lót bên trong bằng gỗnhằm đảm bảo độ cưng vững Trong thực tế thì cơ cấu này phải được làm bằng thép mơiđảm bảo được yêu cầu

Thanh trụ dẫn được gắn cố định vào phần đế

Hình 2.7: thân robot

2.2.3 Cơ cấu tay máy

Đây là cơ cấu di động trên robot, có nhiệm vụ mang hàng hóa trong quá trình hoạtđộng do đó nó cần phải có đủ độ cứng vững để tránh biến dạng cơ cấu khi mang hàng

có trọng lượng lớn

Cơ cấu tay máy được gắn một dây xích để làm phương án di chuyển, ưu điểm củatruyền xích ở đây là đảm baorb khả năng chịu tải, tránh bị kẹt

Hình 2.8: cơ cấu tay

2.2.4 Bánh dẫn hướng

Bánh xe phía trước của robot ta lựa chọn bánh xe omni vì so với bánh xe tự lựabánh xe omni giúp robot di chuyển tự lựa bánh xe omni giúp robot di chuyển một cách

ổn định hơn, linh hoạt hơn, mặc dù bánh omni sẽ làm cho cả phần khung robot bi rungđộng do kết cấu đặc biệt của bánh nhưng điều này không tác động đáng kể đến quá trìnhhoạt động của robot Bên cạnh đó nếu ta sử dụng bánh xe tự lựa sẽ làm cho robot bịchuội và có xu hướng bị trượt, điều này gây khó khăn cho việc tự điều chỉnh lại cânbằng của robot

Các loại bánh omni:

Hình2.8:Các loại bánh omni

Đây là loại bánh có bán sẵn trên thị trường, được rất nhiều đội robocon trong và ngoàinước sử dụng mang lại hiểu quả rất tốt.

Bánh omni có đặc điểm khác biệt với các loại bánh khác là khi đứng yên hoặckhi chuyển động theo các hướng khác nhau bánh chỉ luôn tiếp xúc điểm với mặt sàn.Nếu robot đi lên phía trước hoặc lùi lại thì bánh sẽ quay quanh trục quay chính củabánh, khi robot thực hiện rẽ sang ngang thì bánh sẽ thực hiện đồng thời 2 chuyển động:

Chuyển động 1 là bánh sẽ quay quanh trục quay lớn; chuyển động 2 là các bánhhành tinh sẽ tự quay quanh trục riêng của mình Điều này tạo tạo cho robot có chuyểnđộng mau lẹ, linh hoạt, dễ thực hiện các chuyển động phức tạp có độ cua ngoặt cao.2.2.5 Bánh xe chủ động

Được lắp đạt phía sau robot, được gắn với động cơ thông qua một bộ truyền xíchvới tỉ số truyền 3:1

Lựa chọn bánh sau hợp lý sẽ giảm bớt những vấn đề liên quan đến các yếu tố vậtlý

Hình: Bánh xe bằng nhôm với lốp cao su

Theo điều kiện tình hình thực tế, do robot cần chịu được tải trọng lớn, nhẹ, nhỏgọn và đảm bảo được vận tốc khi di chuyển, em đã lựa chọn sử dụng bánh nhôm đúc vàđược gia công sẵn Loại bánh này có bán trên thị trường

2.2.6 Cơ cấu trong Bộ truyền xích.

Bộ truyền xích được sử dụng nhiều trong hệ thống, bao gồm bốn vị trí là:

- Vị trí liên kết động cơ (hai vị trí)

- Vị trí trục dẫn

- Vị trí tay đòn

Hình: Hình ảnh bánh răng và dây xích

CHƯƠNG III: HỆ THỐNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Hệ thống điện – điện tử là một trong hai thành phần chính tạo nên một con robot

Nó bao gồm nhiều thành phần như: mạch điện tử, động cơ, cảm biến, rơ le, nguồn…v.v

3.1 MẠCH ĐIỆN TỬ

Mạch điện tử ở đây có thể coi là mạch điều khiển, bao gồm khối nguồn và khốiđiều khiển Khối nguồn cung cấp điện áp đầu vào cho khối, động lực, khối điều khiển,khối cách ly và khối khuếch đại công suất

Mạch điều khiển robot bao gồm các khối như sau

- Khối nguồn

- Khối vi điều khiển

- Khối tạo dao động

- Khối nạp chương trình

- Khối tín hiệu đầu vào

- Khối ghép nối và cách ly

- Khối công suất

Mỗi khối có một chức năng khác nhau và được liên kết với nhau thành một mạchhoàn thiện, sau đây ta đi nghiên cứu từng Modul trong mạch

3.1.1 Khối nguồn

 Chức năng của khối nguồn.

Khối nguồn có chức năng vô cùng quan trọng nó quyết định hoạt động và sự ổnđịnh của mạch Muốn mạch hoạt động ổn định thì điều kiện tiên quyết là phải có một bộnguồn đảm bảo đủ công suất ,hoạt động ổn định,tính chống nhiễu cao

 Sơ đồ nguyên lý

Khối nguồn cho mạch điều khiển và mạch động lực là hai nguồn riêng biệt.Nguồnđiều khiển và nguồn động lực được cung cấp điện năng bởi hai acquy riêng biệt.

Hình3.1: Khối nguồn điều khiển.

 Cấu tạo, chức năng các phần tử trong khối nguồn.

 IC ổn áp 7805

Sơ đồ chân và sơ đồ kết

nối chân của IC 7805:

Hình3.3: Hình dạng và sơ đồ chân IC 7805 Nguyên lý hoạt động:

Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từnguồn cung cấp thay đổi Mạch này dùng để cungcấp nguồn cho mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp5V (các loại Vi điều khiển và IC thường hoạt động

ở điện áp này) Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch điện vẫnhoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện áp ở ngõ ra OUT 5V không đổi

 IC ổn áp 7812

Sơ đồ chân và sơ đồ kết nối chân của IC 7812

Hình3.4: Hình dạng và sơ đồ chân IC 7812

Cung cấp và ổn định điện áp 12V DC cho mạch, nguyên lý hoạt động như IC7805

Chú ý: Điện áp đặt trước IC78xx phải lớn hơn điện áp cần ổn áp từ 1,5 đến 2V.

Tụ điện đóng vai trò ổn định và chống nhiễu cho nguồn (có thể bỏ hai tụ điện nếu mạchđiện không đòi hỏi)

Một số điểm lưu ý khi sử dụng IC 78xx:

- Dòng cực đại có thể duy trì 1A

- Dòng đỉnh 2,2A

- Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W

- Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W

- Ta nên hạn chế áp lối vào 78xx để giảm công suất tiêu tán trên tản nhiệt

- Thực tế áp lối ra có thể đạt giá trị nào đó trong khoảng 4,9 – 5,1V

 B688:

 Giới thiệu chung:

Để tạo ra dòng điện lớn đảm bảo cung cấp đủ dòng cho mạch động lực, ta sử dụng

IC đệm dòng TIP 2955 hoặc B688.Trong mạch động lực ta sử dụng B688

B688 thực chất là một Transitor Silicon bổ xung công suất loại PNP

 Sơ đồ chân, ký hiệu trên mạch:

Hình3.5: Sơ đồ chân của B688

 Các thông số của B688:

Các giá trị cực đại tuyệt đối đánh giá tại nhiệt độ 250C:

Giá trị danh định Ký hiệu Giá trị Đơn vị

Điện áp collector – base (IE=0) VCBO -160 V

Điện áp Collector – emitter (IB=0) VCER -120 V

Mức nhiệt độ cho phép Tstg -55 đến +150 oC

Bảng3.1: Thông số cơ bản của B688

 Nguyên lý làm việc

 Nguồn điều khiển

Khối nguồn điều khiển sử dụng nguồn 5V Nguồn 5V cấp cho VĐK và các phần tửcủa mạch điều khiển được lấy qua IC ổn áp 7805

Trong mạch nguồn VDD là nguồn 12V được lấy trực tiếp từ Acquy 12V

Công dụng các phần tử trong mạch nguồn:

+ Bộ nguồn cấp cho mạch điều khiển được nuôi từ một Acquy 12VDC

 Nguồn động lực

Nguồn động lực chia làm 3 loại nguồn 05VDC 12VDC và 24VDC

Nguồn 05 VDC cung cấp cho các đầu vào của các IC ULN2803AGP

Nguồn 12VDC cung cấp nguồn cho IC ULN2803 và cặp Transistor lái điều khiểnđóng mở IRF 3205

Nguồn 24VDC lấy trực tiếp từ hai Acquy 12V mắc nối tiếp nhau cung cấp cho IRF

3205 để cấp điện cho động cơ hoạt động

Các nguồn 05VDC và 12VDC được lấy từ nguồn 24 VDC qua các IC ổn áp7805,7812 tạo ra điện áp 05VDC và 12VDC cung cung cấp cho các phần tử còn lạicủa mạch động lực

Hình3.2: Sơ đồ nguyên lý các khối dao động, nạp,các tín hiệu đầu vào.

Hình 3.3 : sơ đồ broad của mạch điều khiển

 Nguyên lý hoạt động cơ bản của từng khối.

- Khối reset có tác dụng rest vi điều khiển chuẩn bị cho các chương trình khácchạy đúng trước khi thi đấu

- Khối nạp chương trình nhận tín hiệu từ mạch nạp bên ngoài nạp chương trình từmáy tính xuống Vi điều khiển để thay đổi thông số thay đổi chương trình chophù hợp với mỗi trận thi đấu

- Khối Vi điều khiển có tác dụng nhận tín hiệu đầu vào cảm biến xử lý tính toánvà đưa ra lệnh điều khiển các khối khác của robot, là nơi lưu giữ chương trìnhthi đấu có thể nói khối này như là bộ não của robot

- Khối tạo giao động tạo ra xung clock cấp cho vi điều khiển hoạt động

- Khối các tín hiệu đầu vào là các mạch điều khiển tín hiệu ,đưa tín hiệu từ cảmbiến vào Vi điều khiển để xử lý

Khối cách ly và khuyếch đại tín có nhiệm vụ cách ly hai tín hiệu: tín hiệu điềukhiển (làm việc ở điện áp và dòng điện nhỏ, ổn định) và tín hiệu của mạch động lực(làm việc ở điện áp và dòng điện lớn, mất ổn không ổn định).

Khối điều khiển và khối công suất được cách ly với nhau bởi phần tử cách ly quang sửdụng PC817

 Sơ đồ nguyên lý khối cách ly và khuyếch đại tín hiệu.

Hình3.4: Sơ đồ nguyên lý khối cách ly và khuyếch đại tín hiệu

 Thông số của các linh kiện sử dụng trong mạch.

Hình3.5: Sơ đồ cấu tạo và hình dáng thực tế của PC 817 Các thông số cơ bản của PC 817:

Công suất tiêu tán cực C PC 150 mW

Nhiệt độ làm việc Topr -30 đến +100 0C

Bảng3.6: Thông số cơ bản của PC817

 ULN2803AN

Bộ ULN 28xxA/LW và ULQ 28xxA/LX – những mảng Darlington ápcao, dòng điện cao thỏa mãn một cách lý tưởng cho phần giao tiếp giữa mạchđiện có mức logic thấp với mạch công suất tải có nhiều thiết bị ngoại vi Các loạitải điển hình bao gồm: rơle, động cơ bước, cuộn dây, bản in từ tính đập mạch,bếp

Dòng điện đầu ra có thể lên tới 500mA, và sẽ chịu được ít nhất một điện áp là50V khi ở trạng thái đóng.

ULN2803 có 18 chân cung cấp dòng điện tải định mức lên tới 500mAcho mỗi một bộ điều khiển ULN2803 được thiết kế để tương thích với họ TTLchuẩn

Hình dạng và sơ đồ chân của ULN 2803A

Hình3.7: Sơ sơ đồ chân, hình dạng và cấu trúc ULN 2803A

Đặc tính kỹ thuật cơ bản:

- TTL, DTL, PMOS hoặc CMOS đầu vào tích hợp

- Dòng điện đầu ra lên tới 500mA

- Điện áp đầu ra lên tới 50V

- Điện áp vào, V = 0.5 đến 30V

- Dòng điện đầu vào liên tục, IIN = 25mA

- Công suất tiêu hao, PD = 1W

- Bảo vệ ngắn mạch đầu ra

- Bó theo hàng cặp

 Cặp Transistor điều khiển đóng mở FET ( D468 và B562 ).

Hình dạng và kí hiệu.

Hình 3.8: Hình dạng và kí hiệu Transistor D468

Thông số kĩ thuật cơ bản.

Bảng3.9: Thông số cơ bản của Transistor D468

Hình dạng và kí hiệu:

Hình3.10: Hình dạng và kí hiệu Transistor B562

Thông số kĩ thuật cơ bản.

Bảng3.11: Thông số cơ bản của Transistor B562

 Nguyên lý hoạt động của mạch:

Tín hiệu điều khiển từ chân của VĐK thông qua bộ cách ly quang dùng PC817 cáctín hiệu điều khiển được chuyển đến khuếch đại trước khi được đưa tới mạch động lực

Có hai lý do phải dùng tới cách ly quang để cách ly giữa mạch điều khiển và mạch độnglực:

+ Cách ly để bảo vệ: Tách biệt giữa mạch động lực và mạch điều khiển tránh

trường hợp có những xung nhiễu (thường biên độ rất lớn,tần số cao và có hại) dội ngượclại làm hỏng vi điều khiển, hoặc làm nhiễu dẫn đến sai lệch của chương trình điều khi

có sự cố như quá tải hoặc ngắn mạch ở mạch lực

+ Do nguồn của mạch điều khiển và động lực là hai nguồn riêng biệt không có

quan hệ với nhau (kể cả Mass) nên cần phải được liên hệ với nhau bằng tín hiệu quang

chứ không phải bằng tín hiệu điện

Hình 3.12: Sơ đồ mạch cách ly và khuyếch đại.

Hình 3.13 :Sơ đồ board công suất

Tín hiệu điều khiển sau khi qua PC817 được đưa vào các đầu vào của ICULN2803AN, tín hiệu thu được ở đầu ra của ULN2803AN cũng bị đảo mức và đượckhếch đại cả về giá trị áp và dòng Chính tín hiệu này sẽ trực tiếp đi điều khiển đóng cắtRơle để đảo chiều quay của động cơ Tín hiệu PWM sẽ đóng cắt cặp Transistor D468và B562 từ đó đóng hoặc cắt IRF 3205 cấp điện cho động cơ chạy

3.1.4 Khối động lực:

Ta dùng mạch động lực để điều khiển động cơ bao gồm một FET và một Rơle,trong đó Rơle để đảo chiều quay của động cơ FET là phần tử công suất đóng cắt cấp điện áp ,dòng điện cho động cơ hoạt động

 Sơ đồ nguyên lý của khối động lực

Hình 3.14: Sơ đồ của khối động lực

 Lựa chọn van công suất.

Động cơ sử dụng trong robot có công suất tối đa là 250W, điện áp làm việc 24V,dòng điện làm việc định mức lớn nhất là 13.7A Ta sẽ tiến hành chọn van bán dẫn chođộng cơ

+ Dòng làm việc của động cơ Ilv = 13,7A

+ Dòng điện lúc khởi động Ikđ = 2Ilv = 2.13.7 = 27,4A

+ Chọn hệ số an toàn cho mạch là k = 1,5

+ Do đó dòng điện làm việc mà van phải chịu là Ilv Van = k.Ikđ = 1,5.27,4 = 41.1A

+ Ta sẽ chọn van có dòng làm việc đỉnh Ilvđ Van ≥ 5.Ilv Van = 5.41,1= 205.5A

+ Van bán dẫn được chọn là IRF 3205

IRF3205 là một loại MOSFET công suất Các thông số cơ bản của IRF3205.

+ Dòng điện làm việc lớn nhất:

- Ở 25oC: 110A

+ Công suất tối đa: 200W ở 25oC

+ Công suất sẽ giảm 1.3W/oC tính từ nhiệt độ 25oC

+ Dải nhiệt độ làm việc từ -55 đến 175oC

+ Tần số đóng cắt lên tới 1MHz

Khi có tín hiệu đầu ra từ chân 18 của UNL2803 (ton) ở mức cao(12V) thì Transistorngược T1 được phân cực thuận, Transistor thuận T2 khóa, cực điều khiển của IRF đượcđặp điện áp 12VDC IRF dẫn, cấp điện mass cho động cơ

Khi tín hiệu đầu ra từ chân 18 của UNL2803 (tof) ở mức thấp (0V) Transistor thuậnT1 khi này khóa, Transistor ngược T2 dẫn, làm cho điện áp đặt vào cực điều khiển củaIRF lúc này bằng 0, IRF khóa, ngắt mass của động cơ Quá trình này được lặp lại saumỗi chu kì của xung, trong một chu kì xung sẽ có khoảng thời gian động cơ được cấpxung (ton) và khoảng thời gian mà động cơ không được cấp xung (toff)

Việc thay đổi khoảng thời gian ton trong toàn bộ chu kì sẽ thay đổi giá trị điện áptrung bình đặt lên động cơ dẫn đến làm thay đổi tốc độ của động cơ.

Để đảo chiều động cơ ta dùng 1 Rơle, bình thường thì cuộn hút của rơle khôngđược cấp điện do đầu ra của UNL2803AN ở mức cao, động cơ quay theo chiều thuận Khi cuộn hút của rơle có điện, hai cực của động cơ được đảo do tiếp điểm của rơle

bị đảo và động cơ quay theo chiều ngược lại

Như vậy thay vì phải dùng mạch cầu H ta chỉ cần dùng 1 van bán dẫn và 1 rơle để

có thể thực hiện việc thay đổi tốc độ và đảo chiều động cơ

Điều kiện để động cơ quay là phải có xung điều khiển (giá trị xung khác 0) chovan bán dẫn

Điều kiện để động cơ có thể đảo chiều là có xung điều khiển cho van và cuộn hútRơle có điện (Rơle tác động)

Cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực là PC817 (cách ly quang) PC817

có tầm quan trong rất lớn vừa ngăn chặn những xung đột bên mạch động lực

vừa có thể nâng mức tín hiệu của đầu ra mạch điều khiển

Cực điều khiển của IRF 3205 được cấp bởi bộ lọc RC Nhờ có bộ lọc này mà giảmđược các nhiễu và điện áp phân cực cho cực G là là xung vuông chuẩn

 Sử dụng rơle đóng cắt trực tiếp.

Chúng ta có thể sử dụng rơle đóng cắt trực tiếp để cấp nguồn cho động cơ hoạtđộng, đảo chiều…cách này đơn giản, dễ thực hiện, chịu được tải lớn nhưng có rất nhiềukhuyết điểm đó là không thay đổi được tốc độ của robot, đóng cắt gây hiện tượng phóngtia lửa điện, rất có hại cho động cơ, mạch điện cồng kềnh, ít có sự lựa chọn về chiếnthuật…

Mạch này sử dụng 2 Rơle điều khiển 1 động cơ, cấp nguồn cho Rơle thứ 1 thì động

cơ quay phải, cấp nguồn cho Rơle thứ 2 thì động cơ đảo chiều

Sơ đồ mạch:

Hình3.16: Đảo chiều động cơ bằng rơle

 Cấu trúc bề ngoài và hình dạng của quang trở

Hình 3.17: Cấu trúc và hình dạng quang trở

Đặc trưng của các quang trở là sự phụ thuộc của giá trị điện trở vào thông lượngbức xạ và phổ của bức xạ đó Điện trở quang là một trong những cảm biến có độ nhạycao Cơ sở vật lý của điện trở quang là hiện tượng quang dẫn do kết quả của hiệu ứng

quang điện nội: hiện tượng giải phóng hạt tải điện trong vật liệu dưới tác dụng của ánhsáng làm tăng độ dẫn của vật liệu

Hình 3.18: Sự phụ thuộc của điện trở vào độ rọi sáng

 Mạch cảm biến dùng quang trở điển hình

Hình 3.19: Mạch quang trở điển hình Nguyên tắc hoạt động của mạch

Trước hết ta điều chỉnh biến trở VR để tạo điện áp chuẩn so sánh