Luận án TN thiết kế và thi công robot tự dò đường

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …… 000 …… Giáo viên hướng dẫn Ngày 17 tháng năm 2009 Nguyễn Ngọc Tùng SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN …… 000 …… Giáo viên phản biện Ngày 17 tháng năm 2009 Lê Đình Kha SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng Chương dẫn nhập I./Đặt vấn đề -Ngành công nghệ thông tin liên lạc phát triển nhanh chóng với ngành công nghệ khác, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cao xã hội Công nghệ thông tin đóng vai trò cốt lõi việc cập nhật thông tin cho người -Với nhu cầu khoa học kỹ thuật nhu cầu người ngày cao nên nhiều nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu chế tạo robot nhằm mục đích phục vụ người : tự động dò đường , tự vân hành theo yêu cầu người… II./Mục đích yêu cầu đề tài -Nhằm phục vụ cho nhu cầu người nhiều lĩnh vực :công nghiệp , nông nghiệp , công ty xí nghiệp, nhiều nơi khác … Từ mục đích robot phải đảm bảo yêu cầu: +Sử dụng tiện lợi xác , phạm vi ứng dụng cao +Có thể sử dụng điều kiện khắc nghiệt ( nơi người không thực được) +Có thể thực chức khác III./ Giới hạn đề tài -Robot nói chung thuộc phạm vi chuyên môn tự động, đòi hỏi phải có khoảng thời gian dài tìm hiểu Có nhiều khó khăn lúc thực đề tài Với thời gian có hạn lại có nhiều vấn đề cần giải quyết, kiến thức người tìm hiểu đề tài có hạn, sinh viên thực đề tài tập trung giải vấn đề sau: +Tự động dò đường định sẵn +Robot theo hướng khác gặp chướng ngại vật IV./Chọn phương án thực đề tài -Với yêu cầu đặt trên, em xem xét đưa phương án sau: Sử dụng kỹ thuật số, sử dụng kỹ thuật vi xử lí, sử dụng kỹ thuật vi điều khiển -Với đòi hỏi trên, ta đơn giản hoạt động kỹ thuật số Nhưng lại tốn linh kiện kích thước cồng kềnh, khó thay đổi phần mềm khả mở rộng cho hoạt động khác Với kỹ thuật vi xử lí, SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng khắc phục yếu điểm mạch số lại phức tạp việc thiết kế phần cứng Nếu sử dụng kỹ thuật vi điều khiển, khắc phục yếu điểm kỹ thuật số vi xử lí nhớ mở rộng phần mềm linh hoạt Hơn lại phổ biến thị trường nay, giá chấp nhận được, thiết kế phần cứng đơn giản cộng với tốc độ xử lí cao Có nhiều họ vi điều khiển, để đáp ứng tính chất lượng hệ thống, chúng em định chọn vi mạch vi điều khiển 89C51 hãng Atmel IC chuyên dùng để thực nhằm đáp ứng đầy đủ yêu cầu đề tài đặt SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng Lời cảm ơn -Trước tiên xin chân thành cám ơn Thầy giáo Nguyễn Ngọc Tùng , thầy cô thuộc Khoa Điện Tử-Viễn Thông tận tình hướng dẫn chúng em tìm hiểu nghiên cứu khóa luận -Chúng em tỏ lòng biết ơn tới Thầy, cô giáo Trường Cao Đằng Kỹ Thuật Cao Thắng dày công đào tạo, quan tâm, giúp đỡ chúng em suốt trình học tập hoàn thành khóa luận Đồng thời chúng em chân cảm ơn cán Trung tâm dạy nghề Phú Nhuận tạo điều kiện cho chúng em làm tốt phần thực nghiệm -Cuối cùng, chúng em muốn cám ơn tới tất bạn bè, gia đình người thân động viên giúp đỡ chúng em trình học tập hoàn thành khóa luận Tp Hồ Chí Minh ,ngày 17 tháng năm 2009 Sinh viên đồng thực Nguyễn Trung Danh – Nguyễn Tuấn Hải SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng TÓM TẮT NỘI DUNG Khóa luận tập trung nghiên cứu vấn đề liên quan đến xây dựng robot di động tránh vật cản dựa sensor hồng ngoại công tắc hành trình Trên sở thực nhiệm vụ xây dựng robot di động giải toán điều khiển Robot xây dựng khóa luận sử dụng vi điều khiển Atmel 89C51, với hệ sensor bao gồm: Sensor hồng ngoại công tắc hành trình Robot sử dụng motor chiều điều khiển thông qua mạch công suất SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng Mục lục Giới thiệu ………………………………………………………………11 Chương I: Sơ lược lịch sử đời phát triển robot……… 1.1 Lịch sử đời phát triển…………………………………13 1.2 Các hệ robot…………………………………………….15 1.3 Xu hướng phát triển robot đại ……………………16 Chương II: Hệ sensor robot…………………………………… 17 2.1 Phân loại sensor…………………………………………….17 2.1.1 Sensor nội ……………………………………………… 17 2.1.2 Sensor ngoại …………………………………………… 17 2.1.3 Sensor khoá ………………………………………………17 2.2 Một số loại sensor thường gặp…………………………… 17 2.2.1 Sensor xác định khoảng cách …………………………….18 2.2.1.1 Phương pháp xác định khoảng cách lượng giác….18 2.2.1.2 Phương pháp xác định khoảng cách đo khoảng cách thời gian truyền sóng………………………………………………18 2.2.2 Sensor phát vật thể gần…………………………….19 2.2.2.1 Sensor siêu âm……………………………………… 19 Chương III: Cơ cấu chuyển động robot di động………………21 3.1 Phân loại motor điện………………………………………21 3.1.1 Motor chiều……………………………………… 21 3.1.2 Motor bước…………………………………………… 21 3.2 Các đặc tính motor……………………………………22 3.2.1 Điện áp sử dụng dòng tiêu thụ motor………… 22 3.2.2 Tốc độ cực đại motor…………………… ………22 SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng 3.2.3 Lực xoắn củamotor……………………………………22 3.3 Điều khiển chuyển động motor …………………….23 3.3.1 Điều khiển motor DC………………………………….23 3.3.2 Điều khiển motor bước…………………………………23 Chương IV: Khảo sát số loại sensor sử dụng robot di động………………………………………………………………… 25 4.1 Sensor hồng ngoại……………………………………… 25 4.1.1 Sensor hồng ngoại sử dụng phát màu đen trắng… 25 4.1.2 Nghiên cứu sensor hồng ngoại có mặt thị trường tích hợp thu phát vỏ………………………… 26 4.2 Sensor siêu âm……………………………………………27 4.2.1 Sensor siêu âm MUST01d…………………………… 27 4.2.2 Sensor siêu âm Devantech SRF04…… ………………28 Chương V: Cảm biến dò đường sử dụng ROBOT…………31 6.1 Cảm biến dò đường…………………… 31 6.2 Một số cách bố trí cảm biến…………………31 Chương VI: Họ vi điều khiển 8051 …………………………….34 6.1 Chíp vi điều Atmel 89C51…………………… 34 6.2 Hoạt động truyền nhận liệu nối tiếp………….45 6.3 Hoạt động ngắt ………………………………… 48 6.4 Giới thiệu ngôn ngữ Assembly…………………54 6.5 Một số câu lệnh Assembly ………………54 Chương VII: Các IC có mạch …………………………….61 7.2 IC 2003………………………………………………………… 61 7.3 Opto 4N35……………………………………………………….62 7.4 IC ổn áp 7805……………………………………………………63 SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng 7.5 IC LM 342…………………………………………………………65 7.6 Transitor công suất D718………………………………………….66 Chương VIII: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động mạch…… 68 8.1 Mạch nguồn cung cấp cho vi điều khiển……………………… 69 8.2 Sơ đồ mạch điều khiển công suất động cơ………………………70 8.3 Tính chọn linh kiện cho mạch điều khiển động cơ………………71 8.4 Bảng điều kiện hoạt động động cơ………………………….72 8.5 Modul điều khiển ROBO vạch………………………… 73 8.6 Bảng trạng thái di chuyển ROBOT………………………… 74 8.7 Cách bố trí cảm biến dò đường……………………………………75 8.8 Lưu đồ giải thuật………………………………………………… 77 Chương IX: Phụ lục…… 87 9.1 Chương trình vi xử ly điều khiển robot……………………………88 9.2 Tài liệu tham khảo…………………………………………………94 9.3 Một số hình ảnh ROBOT………………………………………94 SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải 10 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng Giới thiệu Ngành khoa học công nghệ mới, tạo sản phẩm robot nghiên cứuứng dụng hình thành thập kỷ gần gọi Robotics Trong Robotics có hầu hết vấn để “cơ-điện tử” Thuật ngữ“cơ -điện tử “( mechatronics) thể kết hợp học máy điều khiển điện tử Đồng thời phát triển mechatronics phản ánhtrong khoa học công nghệ robot Một tiêu chí đặc trưng cho robot khả “lập trình “(programable) Muốn có khả robot phải dùng đến máy tính thiết bị khác có chức tương tự Máy tính có vai trò não robot Ngày cải thiện tốc độ máy tính tạo bước trưởng thành đáng kể cho robot giai đoạn phát triển mở triển vọng trở thành robot thông minh nhờ khả xử lý nhanh điều khiển dùng máy tính.Tuy nhiên khả thực robot không phụ thuộc vào điều khiển mà khả nhận biết “cơ cấu cảm nhận” khả phản ứng kịp thời cấu “chân tay” chấp hành Robot ngày đóng vai trò quan trọng công nghiệp sống hàng ngày Chúng thực công việc nhàm chán nguy hiểm, công việc mà tốc độ độ xác vượt khả người SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải 11 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng Begin Robot lùi DELAY 1s Xoay trái DELAY 1s Robot tiến RETURN Chương trình “cảm biến dò đường” SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải 82 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng Begin ĐÚNG ĐÚNG PORT1= PORT1= 11110010 11110110 QUA TRÁI QUA TRÁI SAI SAI ĐÚNG ĐÚNG PORT1= PORT1= 11110011 11111001 QUA TRÁI QUA PHẢI SAI SAI ĐÚNG ĐÚNG PORT1= PORT1= 11110100 11111111 SAI SAI ĐÚNG ĐÚNG PORT1= PORT1= 11111000 11110000 SAI SAI QUA PHẢI TIẾN QUA PHẢI TIẾN ĐÚNG ĐÚNG PORT1= PORT1= 11111100 11110001 QUA PHẢI QUA TRÁI SAI SAI RETURN SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải 83 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng Chương trình “qua trái” SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải 84 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng Begin động quay thuận p2.0=0 , p2.1=0 p0.0=0,p0.2=0 Tắt động trái P0.0=1 DELAY 0.2ms Mở động trái lại P0.0=0 RETURN Chương trình “qua phải” SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải 85 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng Begin động quay thuận P2.0=0 , P2.1=0 P0.0=0,P0.2=0 Tắt động phải P0.2=1 DELAY 0.2ms Mở động phải lại P0.2=0 RETURN Chương trình “tiến” Begin động quay thuận P2.0=0 , P2.1=0 DELAY 1s RETURN CHƯƠNG IX : SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải PHỤ LỤC 86 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng 9.1 Chương trình vi xử ly điểu khiển robot ;chuong trinh dieu khien robocon CBHNT1 CBHNT2 CBHNP1 CBHNP2 THOAT TAYTRAI TAYPHAI TAYTIEN TAYLUI BANGTAY CAMBIEN3 CAMBIEN2 CAMBIEN1 CAMBIEN31 CAMBIEN21 CAMBIEN11 EXIT TUDONG2 STOP BIT BIT BIT BIT BIT P3.2 BIT BIT BIT BIT BIT P3.1 BIT P2.2 BIT P2.3 BIT P2.4 BIT P3.5 BIT P3.6 BIT P3.7 BIT P3.2 BIT P3.3 BIT P2.5 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 ; #################################################################### # ORG 00H MOV P2,#11111100B JB P3.0,$ JMP 30H ; starts p3.0=0 ORG 30H CALL DOAN12 MAIN: DOAN12: CLR CLR P0.0 P0.2 LOOP: JB CAMBIEN1,CB2 CALL TRE1 CALL CAMBIENGIUA ; dung p2.4 cam bien giua CB2: JB CAMBIEN2,CB3 CALL TRE1 CALL CAMBIENTRAI ; dung p2.3 cam bien trai CB3: JB CAMBIEN3,CB114 phai CALL TRE1 SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải ; dung p2.2 cam bien 87 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng CALL CAMBIENPHAI ; thuat toan cam bien duong ################################ CB114: CLR P3.4 SETB P3.3 MOV A,#11110110B CJNE A,P1,TT CALL TRAITAYTD TT: MOV A,#11111001B CJNE A,P1,TT1 CALL PHAITAYTD TT1: MOV A,#11111111B CJNE A,P1,TT2 CALL TIEN TT2: MOV A,#11110000B CJNE A,P1,CB4 CALL TIEN CB4: MOV A,#11110001B CJNE A,P1,BT41 CALL TRAITAYTD BT41: BT42: MOV A,#11110010B CJNE A,P1,BT42 CALL TRAITAYTD MOV A,#11110011B CJNE A,P1,BT43 CALL TRAITAYTD BT43: MOV A,#11110100B CJNE A,P1,BT44 CALL PHAITAYTD BT44: MOV A,#11111000B CJNE A,P1,BT45 CALL PHAITAYTD BT45: MOV A,#11111100B CJNE A,P1,BT46 CALL PHAITAYTD BT46: JB BANGTAY,EXIT2 ; P3.1 tac dong dieu khien bang tay CALL TRE1 CALL DIEUKHIENBANGTAY EXIT2: AJMP LOOP ; ############################################################### TIEN: SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải 88 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng CLR P0.0 SETB P0.1 CLR P0.2 CLR P2.1 SETB P0.3 ; CALL DELAY1 RET ;############################################################# TRAITAYTD: CLR P2.0 CLR P2.1 SETB P0.0 CALL TRE2 CLR P0.2 CLR P0.0 RET PHAITAYTD: CLR P2.0 CLR P2.1 SETB P0.2 CALL TRE2 CLR P0.0 CLR P0.2 RET ;############################################################# DIEUKHIENBANGTAY: BT: CLR SETB SETB SETB JB P3.3 P3.4 P0.0 P0.2 TAYTIEN,BT2 CALL TIENTAY BT2: JB LUITAY ; P0.4 TAYPHAI,BT5 CALL PHAITAY BT5: JB ;P0.7 TAYTRAI,BT4 CALL TRAITAY BT4: JB ;P0.6 TAYLUI,BT3 CALL BT3: JB ; ; P0.5 STOP,BT6 CALL STOP1 BT6: JB CAMBIEN31,BT7 CALL TRE1 CALL CAMBIENTRAI SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải 89 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng BT7: JB CAMBIEN21,BT8 CALL TRE1 CALL CAMBIENPHAI BT8: JB CAMBIEN11,BT9 CALL TRE1 CALL CAMBIENGIUA BT9: JB EXIT, che tu dong CALL TRE1 CALL DOAN12 EXIT1: AJMP BT EXIT1 ; P2.5 tac dong tro lai ; #################################################################### #### TIENTAY: CLR P0.0 CLR P0.2 CLR P2.0 CLR P2.1 RET LUITAY: CLR P0.0 CLR P0.2 SETB P2.0 SETB P2.1 RET TRAITAY: CLR P0.0 ; SETB P0.0 CLR P0.2 SETB P2.1 CALL TRE3 CLR P0.0 CLR P0.2 CLR CLR RET PHAITAY: CLR P0.2 ;SETB P0.2 CLR P0.0 SETB P2.0 CALL TRE3 CLR P0.2 CLR P0.0 CLR CLR RET STOP1: P2.0 P2.1 P2.0 P2.1 SETB P0.0 SETB P0.2 SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải 90 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng CLR P2.0 CLR P2.1 RET ;############################################################# CAMBIENPHAI: CLR P0.0 CLR P0.2 SETB P2.0 SETB P2.1 CALL DELAY1 CLR P0.0 ; SETB P0.0 CLR P2.0 CALL DELAY CLR P2.1 RET ;############################################################ CAMBIENTRAI: CLR P0.0 ; MOTOR CHAY CLR P0.2 ; MOTOR CHAY2 SETB P2.0 ; DAO CHIEU MOTOR SETB P2.1 ; CALL DELAY1 CLR P0.2 ; SETB P0.2 ; CLR P2.1 CALL DELAY CLR P2.0 RET ;############################################## CAMBIENGIUA: CLR P0.0 CLR P0.2 SETB P2.0 SETB P2.1 CALL DELAY2 CLR P0.2 CLR P2.1 CALL DELAY2 CLR P2.0 RET ; ############################################### DELAY: mov r5,#4 lapp011: mov r4,#19 lapp111: mov r3,#25 lapp211: mov r2,#255 lapp311: djnz r2,lapp311 djnz r3,lapp211 djnz r4,lapp111 djnz r5,lapp011 ret SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải 91 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng ;############################################### DELAY1: mov r5,#4 lapp0111: mov r4,#20 lapp1111: mov r3,#25 lapp2111: mov r2,#255 lapp3111: djnz r2,lapp3111 djnz r3,lapp2111 djnz r4,lapp1111 djnz r5,lapp0111 ret ;############################################### DELAY2: mov r5,#4 lapp01111: mov r4,#34 lapp11111: mov r3,#30 lapp21111: mov r2,#255 lapp31111: djnz r2,lapp31111 djnz r3,lapp21111 djnz r4,lapp11111 djnz r5,lapp01111 ret ;################################################ TRE: mov r5,#4 lapp0: mov r4,#25 lapp1: mov r3,#25 lapp2: mov r2,#255 lapp3: djnz r2,lapp3 djnz r3,lapp2 djnz r4,lapp1 djnz r5,lapp0 ret ;################################################ TRE1: mov r5,#4 lapp01: mov r4,#5 lapp11: mov r3,#2 lapp21: mov r2,#10 lapp31: djnz r2,lapp31 djnz r3,lapp21 djnz r4,lapp11 djnz r5,lapp01 SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải 92 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng ret ;################################################# TRE2: mov r5,#4 lapp011111: mov r4,#2 lapp111111: mov r3,#5 lapp211111: mov r2,#3 lapp311111: djnz r2,lapp311111 djnz r3,lapp211111 djnz r4,lapp111111 djnz r5,lapp011111 ret ;###############################################ret TRE3: mov r5,#4 lapp0111113: mov r4,#10 lapp1111113: mov r3,#5 lapp2111113: mov r2,#100 lapp3111113: djnz r2,lapp3111113 djnz r3,lapp2111113 djnz r4,lapp1111113 djnz r5,lapp0111113 ret END 9.2 Tài liệu tham khảo Sơ đồ chân linh kiện bán dẫn (Dương Minh Trí) Kỹ thuật điện tử ( Lê Phi Yến , Lưu Phú , Nguyễn Như Anh ) Họ vi điều khiển 8051 ( Tống Văn On , Hoàng Đức Hải ) 9.3 Một số hình ảnh ROBO SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải 93 Đồ án tốt nghiệp SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng 94 Đồ án tốt nghiệp SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng 95 Đồ án tốt nghiệp SVTH : Nguyễn Trung Danh _ Nguyễn Tuấn Hải GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng 96 ... F.Engelberger dẫn đường cho robot công nghiệp giới thi u năm 1959 công ty Unimation Thi t bị sử dụng máy tính liên kết với tay máy nhằm dạy cho thực công việc khác cách tự động Khi robot lập trình... cách xác chuyển động bàn tay cánh tay người Trong năm 1950, bên cạnh cánh tay khí xuất cánh tay thuỷ lực điện từ Cũng năm này, George C.Devol thi t kế thi t bị có tên thi t bị vận chuyền có khớp... nghệ robot Một tiêu chí đặc trưng cho robot khả “lập trình “(programable) Muốn có khả robot phải dùng đến máy tính thi t bị khác có chức tương tự Máy tính có vai trò não robot Ngày cải thi n