đồ án điều khiển tự động cánh tay robot

1. Lý do chọn đề tài 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 nước 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 MÔ HÌNH CÁNH TAY ROBOT 3 BẬC TỰ DO GẤP SẢN

MỤC LỤC

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ CHƯƠNG TRÌNH MPLAB IDE

CHƯƠNG 4: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ RC SERVO

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

CHƯƠNG 6: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

CHƯƠNG 7 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU

SẢN PHẨM SỬ DỤNG PIC 16F887

Mô tả sản phẩm dự kiến:

PHẦN Ý TƯỞNG/ MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

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

Đối với nước 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 đểnghiên cứu nhưng còn hạn chế ,có thể dùng mô hình cánh tay máy để phục vụ trựctiếp cho công việc giảng dạy tại trường nhằm giúp cho sinh viên hiểu rỏ hơn về lýthuyết, 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 củanhững người yêu thích về lĩnh vực này, nhóm đã bắt tay vào việc thực hiện nghiêncứu đề tài: “THIẾT KẾ MÔ HÌNH CÁNH TAY ROBOT 3 BẬC TỰ DO GẤP SẢNPHẨM SỬ DỤNG PIC 16F887”

2 Tầm quan trọng của đề tài

Ở Việt Nam nói chung công nghệ chế tạo tay máy còn chậm phát triển, chúng ta vẩnchưa có nhà máy nào có khả năng chế tạo các bộ phận cấu thành của tay máy đạt tiêuchuẩn quốc tế Tận dụng những vật liệu có sẳn để gia công các chi tiết cơ khí cũngnhư linh kiện , thiết bị điện có sẳn do nước ngòai sản suất để thiết kế thành những sảnphẩm 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 đúngđắng của các kỹ sư ở Việt Nam Đề tài : “THIẾT KẾ MÔ HÌNH CÁNH TAYROBOT 3 BẬC TỰ DO GẤP SẢN PHẨM SỬ DỤNG PIC 16F887” không nằmngoài 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 chonhững ai muốn tìm hiểu về lĩnh vực này

3 giới hạn của đề tài

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

đề tài: “THIẾT KẾ MÔ HÌNH CÁNH TAY ROBOT 3 BẬC TỰ DO GẤP SẢNPHẨM SỬ DỤNG PIC 16F887” 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:

• Thiết kế mạch cánh tay robot 3 bậc tự do

• Thiết kế mạch điều khiển cánh tay máy ( robot)

• Lập trình bằng ngôn ngữ C với vi xử lí của microchip “PIC 16F887”

• Xây dựng gải thuật và chương trình tiêu biểu

4 Mục đích nghiên cứu

Thực hiện đề tài “THIẾT KẾ MÔ HÌNH CÁNH TAY ROBOT 3 BẬC TỰ DO GẤPSẢN PHẨM SỬ DỤNG PIC 16F887” là một công việc để người thực hiện đề tàinghiên 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 tạitrường và nếu được phát triển rộng, đi sâu hơn thì có thể ứng dụng vào trong thực tếsản xuất công nghiệp,và đặc biệt cung cấp một cái nhìn tổng quát về vi xử lí và taymáy công nghiệp

5 Tóm tắt đề tài

Qua 6 tuần thực hiện nghiên cứu đề tài, tập đồ án được hòan tất Những vấn đề cònmới nẩy sinh trong quá trình thực hiện đề tài.Những vấn đề này không chỉ là động lựckích thích niềm say mê trong quá trình nghiên cứu mà còn là sự thách thức về khảnăng cuả bản thân của mỗi thành viên trong nhóm nghiên cứu

Nội dung cuả đề tài được hình thành từ những vấn đề được giải quyết một cách hợp lí.Các vấn đề trong đề tài được giải quyết và trình bày từ tổng quát đến cụ thể.Trongtừng vấn đề ,các tình huống được giải quuyết theo từng bước

Đề tài bao gồm 7 chương được trình bày nhưng các vấn đề trọng tâm cốt lõi tập trungvào các chương 3,4 và 5 Trong chương 3 các khái niệm và những kiến thức cơ bản về

những linh kiện, thiết bị cấu trúc nên mạch điều khiển được đề cập chỉ bao gồm nhữngnội dung cần thiết phục vụ trực tiếp cho đề tài và việc tính tốn,chọn các linh kiệntrong mạch công suất cũng rất quan trọng trong quá trình thực thi đề tài.

Cánh tay máy sẽ không bao giờ hoạt động nếu không có chương trình điều khiển đượcxây dựng trong chương 5

Các bước chuẩn bị thi công mạch và những thao tác cần thiết để điều khiển cánh tayrobot được trình bày trong chương 6

6. Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp đọc và nghiên cứu tài liệu: Chủ yếu là các tài liệu có kiến thức liên

hệ đến kỹ thuật số, kỹ thuật điện tử, ngoại vi và vi xử lý của microchip, cánh tay robot, ARM, phân tích công trình liên hệ

 Phương pháp thực nghiệm: Thiết Kế board và lập trình cho chạy thử nghiệm

 Phương pháp quan sát

 Phương pháp hỏi chuyên gia

7. Kế hoạch nghiên cứu

TT Nội dung công việc Thời gian Kinh phí và

nguồn kinh phí

Người phốihợp

Sản phẩmmong đợi

1 Tham khảo tài liệu

Chuẩn bị nguyên vật

liệu

1 tuần 3.000.000đvn

2 Thi công phần cứng 4 tuần 200.000đvn

trình điềukhiên chotoàn bộmạch điện

thành sảnphẩm thửnghiệm

sản phẩm

thành cuốnbáo cáo đề

động một cách tự động, nó là niềm mơ ước của con người lúc đó

Từ đó ý tưởng thiết kế, chế tạo Robot đã luôn thôi thúc con người Đến năm 1948, tại phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, Goertz đã chế tạo thành công tay máy đôi (master-slave manipulator) Đến năm 1954, Goertz đã chế tạo tay máy đôi sử dụng động cơ servo và có thể nhận biết được lực tác động lên khâu

cuối

Năm 1956 hãng Generall Mills đã chế tạo tay máy hoạt động trong việc

thám hiểm dại dương

Năm 1968 R.S Mosher, của General Electric đã chế tạo một cỗ máy biết

đi bằng 4 chân Hệ thống vận hành bởi động cơ đốt trong và mỗi chân vận hành

bởi một hệ thống servo thủy lực

Năm 1969, đại học Stanford đã thiết kế được Robot tự hành nhờ nhận dạng hình ảnh

Hình 1.1.

Trong giai đoạn này, ở nhiều nước khác cũng tiến hành công tác nghiên cứu tương tự, tạo ra các Robot điều khiển bằng máy tính có lắp đặt các loại cảm biến và thiết bị giao tiếp người và máy Theo sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các Robot ngày càng được chế tạo

nhỏ gọn hơn, thực được nhiều chức năng hơn, thông minh hơn

Một lĩnh vực được nhiều nước quan tâm là các Robot tự hành, các chuyển

động của chúng ngày càng đa dạng, bắt chước các chuyển động của chân người hay các loài động vật như : bò sát, động vật 4 chân, … Và các loại xe Robot

(robocar) nhanh chóng được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống sản xuất tự

động linh hoạt (FMS)

Hình 1.2 Robot hàn điểm Hình 1.3 Robot phẫu thuật

Từ đó trở đi con người liên tục nghiên cứu phát triển Robot để ứng dụng trong quát trình tự động hoá sản xuất để tăng hiệu quả kinh doanh

Ngoài ra Robot còn được sử dụng thay cho con người trong các công việc ở môi trường độc hại, khắc nghiệt, …

Hiện nay, có thể phân biệt các loại Robot ở hai mảng chính : Các loại robot công nghiệp (cánh tay máy) và các loại robot di động (mobile robot) Mỗi loại có các ứng dụng cũng như đặc tính khác nhau Ngoài ra, trong các loại robot công nghiệp còn được phân chia dựa vào cấu tạo động học của nó : Robot nối tiếp (series robot) và robot song song (parallel robot)

Hình 1.3.robot song song (parallel robot) 1.2 Các ứng dụng của Robot

Các loại Robot tham gia vào qui trình sản xuất cũng như trong đời sống sinh hoạt của con người, nhằm nâng cao năng suất lao động của dây chuyền công nghệ, giảm giá thành sản phẩm, năng cao chất lượng cũng như khả năng

cạnh tranh của sản phẩm tạo ra

Robot có thể thay thế con người làm việc ổn định bằng các thao tác đơn

giản và hợp lý, đồng thời có khả năng thay đổi công việc để thích nghi với sự

thay đổi của qui trình công nghệ

Sự thay thế hợp lý của robot còn góp phần giảm giá thành sản phẩm, tiết

kiệm nhân công ở những nước mà nguồn nhân công là rất ít hoặc chi phí cao

như : Nhật Bản, các nước Tây Âu, Hoa Kỳ…

Tất nhiên nguồn năng lượng từ robot là rất lớn, chính vì vậy nếu có nhu

cầu tăng năng suất thì cần có sự hỗ trợ của chúng mới thay thế được sức laođộng của con người Chúng có thể làm những công việc đơn giản nhưng dễ nhầm lẫn nhàm chán Robot có khả năng nghe được siêu âm, cảm nhận được từ trường

Bên cạnh đó, một ưu điểm nổi bậc của robot là môi trường làm việc

Chúng có thể thay con người làm việc ở những môi trường độc hại, ẩm ướt, bụi

bặm hay nguy hiểm Ở những nơi như các nhà máy hoá chất, các nhà máy phóng xạ, trong lòng đại dương, hay các hành tinh khác … thì việc ứng dụng robot để cải thiện điều kiện làm việc là rất hữu dụng

1.3 Mộ số lĩnh vực ứng dụng

a Ứng dụng trong các lĩnh vực sản xuất cơ khí

Trong lĩnh vực cơ khí, robot được ứng dụng khá phổ biến nhờ khả năng hoạt động chính xác và tính linh hoạt cao Các loại robot hàn là một ứng dụng quan trọng trong các nhà máy sản xuất ôtô, sản xuất các loại vỏ bọc cơ khí…

Hình 1.4 Robot hàn trong công nghệ sản xuất cơ khí

Ngoài ra người ta còn sử dụng robot phục vụ cho các công nghệ đúc, một môi trường nóng bức, bụi bặm và các thao tác luôn đồi hỏi độ tin cậy

b Ứng dụng trong lĩnh vực gia công lắp ráp

Các thao tác này thường được tự động hoá bởi các robot được gia công chính xác

và mức độ tin cậy cao

1.4 Các khái niệm về Robot – Robot công nghiệp

Lĩnh vực nghiên cứu về Robot hiện nay rất đa dạng và phong phú Trong tài liệu này, chúng tôi chỉ trình bày các kiến thức chủ yếu trên các loại Robot công nghiệp tức các cánh tay máy Các bài toán cân bằng lực,các phương trình động học và động lực học

là những nền tảng cơ bản để các bạn học viên có thể tiếp cận với chuyên nghành kĩ thuật Robot

a Định nghĩa về robot công nghiệp ( Industrial Robot )

Tuỳ thuộc mỗi quốc gia, tổ chức và mục đích sử dụng, chúng ta có nhiều định nghĩa

về robot công nghiệp Vì vậy trong nhiều tài liệu khác nhau, định nghĩa về robot công nghiệp cũng khác nhau Theo từ điển Webster định nghĩa robot là máy tự động thực hiện một số chức năng của con người

Theo ISO ( International Standards Organization) thì : Robot công nghiệp là tay máy

đa mục tiêu, có một số bậc tự do, dễ dàng lập trình và điều khiển trợ động, dùng để tháo lắp phôi, dụng cụ hoặc các vật dụng khác Do chương trình thao tác có thể thay đổi nên thực hiện nhiều nhiệm vụ đa dạng Tuy nhiên Robot công nghiệp được định nghĩa như vậy chưa hoàn toàn thoả đáng

Theo tiêu chuẩn của Mỹ RIA ( Robot Institute of America ) định nghĩa robot

là loại tay máy vạn năng có thể lặp lại các chương trình đã được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ hay các thiết bị chuyên dùng, thông qua các chương trình chuyển động có thể thay đổi để hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau

b Cánh tay Robot (Robot Arm ):

Là bộ phận cơ khí gồm các khâu liên kết với nhau bởi các khớp nối, các bộ truyền động như: Bộ truyền bánh răng, bộ truyền đai, bộ truyền trục vít- bánh ví,vít me đai ốc…

Hình 1.7.cánh tay robot ARM

d Bộ điều khiển ( Controller ):

Là thành phần quan trọng quyết định khả năng hoạt động và độ chính xác của Robot

Bộ phận này thông thường được tích hợp dưới dạng các board mạch điều khiển, có thể

có các loại sau:

 IC diều khiển trung tâm (CPU) kết hợp với các card điều khiển phân theo modul

 Các thiết bị điều khiển Robot sử dụng PLC ( Programable Logic Controller)

 Sử dụng các bộ điều khiển PMAC ( Programable Multi-Axies Controller )

 Các bộ điều khiển thiết kế theo các dạng điều khiển hiện đại như : Bộ điều khiển

mờ, bộ điều khiển theo mạng neuron…

Các chương trình luôn tương thích với các bộ điều khiển Chính vì vậy các

loại ngôn ngữ để viết chương trình điều khiển cho Robot cũng kha đa dạng, có

thể là ngôn ngữ viết cho vi xử lý (ngôn ngữ máy ), ngôn ngữ viết cho PLC (thuộc các hãng khác nhau ), hay các ngôn ngữ trên máy tính như: Pascal, C,

C++, Visual Basic, Matlab…

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC

1 Giới thiệu vi điều khiển PIC

PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer”, có thể tạm dịch là “máy tính thông minh khả trình” do hãng General Instrument đặt tên cho vi điều khiển đầu tiên của họ PIC1650 được thiết kế để dùng làm các thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600 Vi điều khiển này sau đó được nghiên cứu phát triển thêm và từ đó hình thành nên dòng vi điều khiển PIC ngày nay

2 Các dòng PIC và cách lựa chọn vi điều khiển PIC

Các kí hiệu của vi điều khiển PIC:

- PIC12xxxx: độ dài lệnh 12 bit

- PIC16xxxx: độ dài lệnh 14 bit

- PIC18xxxx: độ dài lệnh 16 bit

C: PIC có bộ nhớ EPROM (chỉ có 16C84 là EEPROM)

F: PIC có bộ nhớ flash

LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp

LV: như LV, đây là kí hiệu cũ

Bên cạnh đó một số vi điều khiển có kí hiệu xxFxxx là EEPROM, nếu có chữ A ở cuối là flash (ví dụ PIC16F877 là EEPROM, còn PIC16F877A là flash)

Ngoài ra còn có thêm dòng vi điều khiển PIC mới là dsPIC.Ở Việt Nam phổ biến nhất

là họ vi điều khiển PIC do hãng Microchip sản xuất

Cách lựa chọn một vi điều khiển PIC phù hợp: Trước hết cần chú ý đến số chân của viđiều khiển cần thiết cho ứng dụng Có nhiều vi điều khiển PIC với số lượng chân khácnhau, thậm chí có vi điều khiển chỉ có 8 chân, ngoài ra còn có vi điều khiển 28, 40,

44, … chân Cần chọn vi điều khiển PIC có bộ nhớ flash để có thể nạp xóa chương trình được nhiều lần hơn, tiếp theo cần chú ý đến các khối chức năng được tích hợp sẵn trong vi điều khiển, các chuẩn giao tiếp bên trong và sau cùng cần chú ý đến bộ nhớ chương trình mà vi điều khiển cho phép

3 Giới thiệu PIC16F887

Hình 2.1 sơ đồ chân pic 16F887

Hình 2.2 sơ đồ khối bên trong pic 16F887

a.Xuất nhập Port

Vi điều khiển 8-bit của Microchip, thuộc dòng Low-power

 Kiến trúc Harvard (vs Von Neumann), tập lệnh RISC (Reduced Instructions Set Computer) (vs Complexed Instructions Set Computer)

 Thạch anh gắn ngoài tối đa 20MHz

 Tầm điện áp hoạt động 2.0V- 5.5V

 5 port, 35 chân xuất nhập (I/O pins)

 Có đầy đủ các chức năng cần thiết của Vi điều khiển 8-bit: Timer (3 bộ), ADC (14kênh ADC 10-bit), USART, SPI, I2C, PWM, Compare, …  được lựa chọn để bắtđầu

Cổng nạp chuẩn ICSP TM (In-Circuit Serial Programming TM ):

C O N G N A P

V C C

M C L R

Các nguồn xung nhịp cho chip:

- Bộ dao động RC nội (RC internal oscillator)

- Bộ dao động tạo bởi thạch anh (và tụ) gắn ngoài (External Crystal and

Ceramic Oscillator)

- Bộ RC gắn ngoài

- Xung clock từ một

nguồn khác

5 port xuất nhập (I/O Port)

J _ P C

1 3 5 7

- PIC16F887 có 13 kênh ADC dùng chung với các chân I/O

- 2 thanh ghi ANSEL và ANSELH quy định các chân đó là chân tín hiệu analog hay digital

- Bit: ANSx = 0 : Pin ANx là pin Digital

ANSx = 1 : Pin ANx là pin Analog

- Register: ANSEL = 0 //AN0-7 là digital

ANSELH = 0 // AN8-13 là digital

Để thực hiện xuất / nhập trên 1 chân (Pin):

- Cài đặt đúng giá trị cho thanh ghi TRISx (hoặc bit TRISx-n)

- Đặt kiểu tín hiệu của pin là Analog hay Digital qua 2 thanh ghi ANSEL vàANSELH

- Xuất tín hiệu bằng cách ghi giá trị “0” hoặc “1” vào port tương ứng (bit: Rx-n hayport: PORTx)

- Đọc giá trị của chân bằng cách đọc mức logic trên port tương ứng

 PIC16F887 có 2 từ (word) configuration, để chip hoạt động đúng thì các bạn phải cấu hình (configure) đúng cho nó Mỗi bit trong word config được đại diện bằng

- INTIO: Dùng bộ dao động RC nội

- Và các loại nguồn xung nhịp khác được kí hiệu bằng

các chữ cái khác nhưng ta ít dùng

Trong ví dụ trên, ta dùng thạch anh 4Mhz gắn ngoài nên bit config đầu tiên ta ghi là

XT

Tương tự:

CONFIG(HS & … // nếu dùng thạch anh có tần số 8Mhz

CONFIG(INTIO & … // nếu dùng bộ dao động RC nội

#define _XTAL_FREQ 4000000

- Không có dấu “;” sau hàng định nghĩa hằng số Trong ví dụ này thạch anh có giá trị4Mhz thì ta ghi là 4000000 (4 triệu), nếu dùng thạch anh 20Mhz thì ghi giá trị tần sốthạch anh là 20000000 (20 triệu)

- _XTAL_FREQ bắt đầu bằng 1 dấu gạch dưới và bạn không được phép thay đổitên hằng số này

2 Cài đặt MPLAB IDE

Bước 1 : Double Click vào file setup trong thư mục MPLAB IDE 8.89 Màn hình Welcome sẽ hiện ra như sau Chọn Next để tiếp tục

Bước 2 : Chọn I accept the term of the license agreement và chọn Next

Bước 3 : Để chế độ mặc định là cài đặt Complete và chọn Next để tiếp tục

Bước 4 : Chọn đường dẫn cài đặt, ta nên để mặc định là C:\Program

Bước 5 : Tiếp tục chọn I accept cho Maestro License và C32 License

Bước 6 : Giao diện sau tổng kết lại các lựa chọn của bạn, nhấn Next để tiến hành cài đặt Nếumuốn hiệu chỉnh bạn nhấn Back

Bước 7 : Khi cài đặt xong MPLAB IDE sẽ hỏi bạn có cần cài Hi Tech không Đây là

compiler C hỗ trợ cho MPLAB IDE, tuy nhiên ta sẽ không dùng compiler này mà sẽ dùng MPLAB C18.chọn No nhấn Finish để hoàn tất việc cài đặt MPLAB IDE

Thông báo dưới đâu xuất hiện, thống kê các tài liệu hướng dẫn đi kèm Các tài liệu này đều nằm trong thư mục cài đặt C:\Program Files\Microchip\

3 Cài đặt compiler MPLAB C18

Khi cài đặt xong MPLAB IDE, compiler mặc định cho nó là MPASM, dùng để dịch project viết bằng ASM sang file HEX Muốn viết chương trình bằng C, ta cần phải càiđặt thêm 1 compiler khác có hỗ trợ cho chip PIC đang dùng Trong phần này, nhóm thí nghiệm trên vi điều khiển PIC16F887 và chọn compiler C18 để hỗ trợ cho lập trình

C chuẩn.

Bước 1 : Double Click vào file MPLAB C18 V1.0.exe để tiến hành cài đặt, màn hình

welcome của MPLAB C18 sẽ hiện ra như sau :

Bước 2 : Chọn nơi lưu trữ cho các file biên dịch của MPLAB C18, ta có thể để mặc

định là C:\mcc18

Bước 3 : Chọn lựa các thành phần của gói MCC18, thông thường ta sẽ chọn hết tất cả

các gói trong compier C18

Bước 4 : Nhấn Next để tiến hành cài đặt

Chờ cho đến khi cài đặt xong

Bước 5 : Nhấn Finish để kết thúc cài đặt MPLAB C18.

Giao diện chương trình:

4. Giới thiệu pickit 2

PICKit 2 Programmer/ Debugger là một công cụ phát triển giá rẻ nhưng tính năng và

độ ổn định cao, dễ dàng để sử dụng để nạp và gỡ lỗi PIC Microcontrollers Flash.Ngoài ra còn có thể sử dụng như một thiết bị đầu cuối truyền dữ liệu với PC qua chứcnăng UART Tool và Logic Tool Analyzer sử dụng software PICKit 2 hoặc MPLABIDE.Có khả năng tự cập nhật Firmware khi có phiên bản mới Software và firmwaresẵn có và tải tự do trên website của Mirochip

Các tính năng chính:

 USB Full Speed không cần driver

 Chức năng: Programmer, Debugger, UART Tool và logic tool Analyzer

 Tự động nhận dạng và kết nối phần cứng, có thể sử dụng nhiều PICKit 2 trên một PC

 Tự động nhận dạng chip

 Tự động cập nhật Firmware khi có phiên bản mới

 Tự động nhận dạng và sử dụng nguồn ngoài

 Nhiều cấu hình, tính năng phong phú dễ sử dụng và tiện nghi

 Chức năng Program To Go cho phép nạp chip không cần kết nối với PC

 Tốc độ cao, support nhiều chip, tự động điều chình VCC và VPP ứng với từng loại chip

 Support chip 3V3-5V

Chương 4 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ RC SERVO

1 Giới thiệu rc servo

RC servo là một loại động cơ điện đặc biệt có khả năng quay cơ cấu chấp hành tới một

vị trí chính xác và giữ cứng tại vị trí đó ngay cả khi cơ cấu chấp hành bị đẩy trở lại Dải góc quay chuẩn của đầu trục ra thường là là 90 và 180 độ Trên thị trường thế giới

có rất nhiều loại servo khác nhau do nhiều nước sản xuất

Có nhiều cách phân loại servo:

Phân loại về nguồn cấp: có servo 1 chiều, servo xoay chiều 1 pha, servo xoay chiều 3 pha

Phân loại về vật liệu làm hộp giảm tốc có: bằng composit, kim loại, hợp kim

Về phương pháp điều khiển, servo có hai loại cơ bản: analog và digital Bề ngoài thì không có gì khác nhau và về cơ bản, các phần bên trong cũng không phân biệt nhiều ngoại trừ một vài phần điện tử, digital servo có một bộ vi xử lý

Giới hạn trong bài viết này là đề cập đến servo 1 chiều công suất nhỏ dùng để làm đồ chơi: hobby fly hay humanoid robot, animal robot… Trên thế giới, dòng sản phẩm này

có 2 hãng sản xuất lớn, chất lượng cao là: Hitec (Mỹ) và Futaba (Nhật)

Giắc cắm

Để có thể hoạt động được thì servo cần 3 dây: một dây nguồn, một dây nối đất và một dây tín hiệu

Hình 4.1 kiểu S của Hitec, kiểu S của Futaba

là một đầu nối kiểu S của Hitec và một đầu nối kiểu J của Futaba Thứ tự của các dây

là như nhau nhưng màu sắc có thể khác nhau Dây đỏ thường là dây cấp nguồn

(thường là 5V), dây nối đất là dây màu đen và dây tín hiệu vào thường là màu vàng

Các phần của một servo

Các thành phần chính:

- Động cơ 1 chiều (motor)

- Biến trở ( potentiometer)

- Hộp giảm tốc (gear box)

- Mạch điều khiển ( Electronic board)

ốc vít gắn cần chặt vào trục Cần có thể có rất nhiều dạng: cánh tay, thanh, đĩa…

Tín hiệu điều khiển:

Để điều khiển servo quay theo các góc cố định thì chip điều khiển phải phát xung với

độ rộng từ 1ms đến 2ms Trên hình bên là mô tả về tín hiệu điều khiển này: 1ms ứng

Chú ý rằng không phải số xung trong một giây điều khiển servo mà là chiều dài của các xung Servo đòi hỏi khoảng 30 – 60 xung/giây Nếu số này qua thấp, độ chính xác

và công suất để duy trì servo sẽ giảm

Với độ dài xung xung 2 ms, servo quay theo chiều ngược lại Kỹ thuật này còn được gọi là tỉ lệ số - chuyển động của servo tỉ lệ với tín hiệu số điều khiển.Công suất cung cấp cho động cơ bên trong servo cũng tỉ lệ với độ lệch giữa vị trí hiện tại của trục ra với vị trí nó cần đến Nếu servo ở gần vị trí đích, động cơ được truyền động với tốc độthấp Điều này đảm bảo rằng động cơ không vượt quá điểm định đến Nhưng nếu servo ở xa vị trí đích nó sẽ được truyền động với vận tốc tối đa để đến đích càng nhanh càng tốt Khi trục ra đến vị trí mong muốn, động cơ giảm tốc Quá trình tưởng chừng như phức tạp này diễn ra trong khoảng thời gian rất ngắn - một servo trung bình có thể quay 60 độ trong vòng ¼ - ½ giây

Vì độ dài xung có thể thay đổi tùy theo hãng chế tạo nên ta phải chọn servo và máy thu vô tuyến thuộc cùng một hãng để đảm bảo sự tương thích Đối với robot, ta phải làm một vài thí nghiệm để xác định độ dài xung tối ưu

Vai trò của Vôn kế

Vôn kế trong servo giữ vai trò chính trong việc cho phép định vị trí của trục ra Vôn

kế được gắn vào trục ra (trong một vài servo, Vôn kế chính là trục ra) Bằng cách này,

vị trí của Vôn kế phản ánh chính xác vị trí trục ra của servo Ta đã biết Vôn kế hoạt động nhờ cung cấp một điện áp biến thiên cho mạch điều khiển,

Khi cần chạy bên trong Vôn kế chuyển động , điện thế sẽ thay đổi Mạch điều khiển trong servo so sánh điện thế này với độ dài các xung số đưa vào và

phát“tín hiệu sai số” nếu điện thế không đúng Tín hiệu sai số này tỉ lệ với độ lệch

tín hiệu sai số được loại bỏ và động cơ ngừng.Vôn kế thường được dùng như một cầu

chia áp.

Khi Vôn kế quay, cần chạy di chuyển dọc theo chiếu dài thanh điện trở

Tín hiệu ra của Vôn kế là một điện thế biến thiên từ 0 -5V

Vì vậy để điều khiển được động cơ thì vấn đề cốt lõi chính là làm sao ta tạo ra được các xung có tần số 50hz và có thời gian lên trong tầm nhỏ hơn 2ms Ta có 3 cách tạo xung như sau:

Dùng module PWM

Dùng hàm delay : một chân I/O của vi điều khiển xuất ra mức logic 1 ,sau đó delay 1

khoảng thời gian a (chính là thời gian mức cao của xung điều khiển động cơ mong muốn ) Tiếp theo đó kéo chân I/O đó xuống mức 0 Delay thêm 1 khoảng thời gian nữa cho đủ 20ms Đây là giải thuật đơn giản , thiết kế phần cứng sẽ gọn nhẹ vì chỉ dùng các chân I/O là đủ khả năng điều khiển được động cơ Mỗi chân I/O tương ứng với 1 chân điều khiển động cơ Chi phí thi công mạch rất thấp Tuy nhiên trong giải thuật này hầu hết thời gian vi điều khiển chẳng làm gì cả ( và cũng chắng có khả năng

xử lý công việc nào cả ) nên muốn sử dụng phương án này ta cần có thêm phần giao tiếp nó Tức có nghĩa là thiết kế phần điều khiển RC SERVO thành 1 module chuyên dùng để delay và có thêm 1 cổng để giao tiếp với module này Bên cạnh đó nếu dung nhiều động cơ ta phải so sánh các giá trị delay với nhau để biết được delay cho động

cơ nào trước , cho động cơ nào sau Vấn đề này gây khó khăn khi lập trình khi mà ta không thể viết thuật toán để sắp xếp được dữ liệu (vì hàm delay sử dụng quá nhiều )

Dùng giải thuật đếm và so sánh : ý tưởng của giải thuật này là tạo 1 biến đếm

khoảng 10us và liên tục đếm cho đến 20ms thì reset biến đếm Khi đó sẽ cho chân điều khiển RC SERVO lên 1 Biến đếm này sẽ được so sánh với các giá trị chính là các số chính là các giá trị các độ rộng xung lên của các xung điều khiển động cơ Nếu

1 so sánh >= xảy ra chân điều khiển sẽ được set xuống 0 Ưu điểm của giải thuật này

là dễ dàng cập nhật các số dùng để so sánh ( tức các góc quay mong muốn của động

lệch , không chính xác Điều này khiến các động cơ sẽ bị rung lắc tại vị trí mong muốn.

Dùng module PWM của vi điều khiển : đây là phương án cho ra xung ổn định nhất

đồng thời dễ dàng cho việc cập nhật các giá trị điều khiển Nhưng bắt buộc ta phải sử dụng kênh PWM với độ phân giải tối thiểu là 10 bits để đạt độ mịn tương đối chấp nhận được khi thay đổi các góc quay của động cơ Vì bản chất xung điều khiển là các xung có chu kỳ lớn mà duty cycle lại bé ( nhỏ hơn 10%) nên độ phân giải của kênh PWM phải lớn để mới thỏa mãn được 2 điều trên

Điều tốc RC Servo

Nguyên lý để điều tốc động cơ được thể hiện trên hình vẽ sau

Khi động cơ muốn quay đến 1 góc nào đó , khoảng góc từ góc muốn quay đến góc hiện tại sẽ được chia nhỏ thành n khoảng nhỏ.Động cơ quay từ khoảng 1 đến khoảng

n Giữa mỗi khoảng khi động cơ quay xong nó sẽ nghỉ 1 khoảng thời gian nào

đó.Bằng việc thay đổi khoảng thời gian nghỉ đó ta thay đổi được vận tốc của động cơ.Ở hình trên:vận tốc tương ứng của hình trên cùng là nhỏ nhất và của hình dưới cùng là lớn nhất , trong khoảng thời gian 18ms động cơ trên quay được 1 đoạn nhỏ , động cơ giữa quay được 2 đoạn nhỏ và động cơ dưới quay được 5 đoạn nhỏ