54
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
4.1 Điều khiển Robot
- Các bước thực hiện điều khiển robot
Tính tốn động học : động học thuận, ngược. Quỹ đạo cần điều khiển cho robot.
Áp dụng bài toán động học ngược để xây dựng quỹ đạo chuyển động cho các biến khớp.
Xây dựng luật điều khiển các khớp theo quỹ đạo.
Dựa vào quỹ đạo đã xây dựng được cho robot, ta điều khiển chuyển động của các biến khớp của robot đúng theo quy luật cần chuyển động để robot đạt được chuyển động mong muốn. Việc điều khiển các biến khớp xoay thông qua mô men, lực đã xác định từ phần động lực học. Mà các khớp lại được lấy nguồn động lực từ các động cơ, từ đó bài tốn điều khiển sẽ được quy về bài toán điều khiển các động cơ(động cơ step).
Trong đồ án này, chúng em sử dụng động cơ bước và không sử dụng encoder để phản hồi vị trí nên hệ thống điều khiển sẽ là hệ thống điều khiển hở (open-loop system) và khơng có bù tác động ngồi (khơng có bù nhiễu). Sơ đồ điều khiển có dạng như sau :
55
4.2 Lập trình điều khiển Robot
4.2.1 Lập trình trên STM32
Chức năng của vi điều khiển SMT32 trong hệ thống là tiếp nhận những tín hiệu điều khiển từ chương trình điều khiển chính trên máy tính thơng qua giao tiếp Serial và chuyển những tín hiệu đó thành xung để điều khiển 6 drivers TB6560 sau đó STM32 sẽ gửi trả lại chương trình điều khiển để xác nhận tín hiệu đó “pass” hay “fail”.
Để lập trình trên STM32 ta sử dụng chương trình KEIL uVISON5
Giao diện khi khởi động STM32CubeMX
Bước 1: Tại giao diện này các bạn có thể:
Tạo 1 Project mới: File -> New Project hoặc nhấn vào ACCESS TO MCU
SELECTOR nếu bạn lập trình 1 MCU STM32 bất kỳ, hoặc nhấn vào ACCESS TO BOARD SELECTOR nếu bạn lập trình trên 1 board phát triển của hãng STM32.
Mở project gần đây: tại mục Recent Opened Project nhấn vào tên project bạn đã mở gần đây.
Mở 1 project bất kỳ: tại mục Other Project, bấm vào biểu tượng duyệt thư mục hoặc File -> Load Project.
56
Bước 2: Tạo 1 project mới
Sau khi nhấn vào File -> New Project thì giao diện chọn vi điều khiển STM32 sẽ hiện ra:
Chọn vi điều khiển: tại mục Part Number Search các bạn nhập vào tên vi điều khiển mà mình muốn cấu hình (ví dụ vi điều khiển STM32F103C8 được sử dụng trong khóa học lập trình STM32 của TAPIT)
Bắt đầu Project: nhấn vào Start Project
Bên cạnh đó, các bạn cũng có thể lọc vi điều khiển theo các thơng số như giá tiền (cost), số chân nhập xuất (IO), bộ nhớ chương trình (Flash, Eeprom), bộ nhớ dữ liệu (Ram), tốc độ tối đa CPU (Freq.) tại mục MCU Filters. Sau khi chọn xong vi điều khiển, các bạn có thể đọc thêm mơ tả các tính năng (Features), sơ đồ khối (Block Diagram), các tài liệu của hãng (Dos &Resources) hoặc tải về Datasheet để đọc.
57
Bước 3: Các cấu hình
Tại mục Pinout & Configuration:
Cấu hình nạp code: Các bạn chọn System Core -> SYS -> Debug: Serial Wire để
vi điều khiển được cấu hình nạp code thơng qua chân SWDIO và SWCLK (chúng ta sử dụng mạch nạp ST- Link và kết nối với vi điều khiển STM32F103C8T6 thông qua các chân này).
58
Cấu hình các ngoại vi: Việc cấu hình các ngoại vi như INPUT, INPUT, External
Interrupt, ADC, TIMER, UART… có thể được thực hiện bằng cách chuột phải để chọn chân trực tiếp và kích chuột trái vào chân mà mình muốn cài đặt. Ví dụ: cài đặt chân PC13 hoạt động với chức năng OUTPUT (bạn có thể phóng to/thu nhỏ hình ảnh vi điều khiển bằng cách lăn chuột giữa).
59
Ngồi ra, các bạn cũng có thể cấu hình các ngoại vi khác tại các mục: System Core, Analog, Timers, Connectivity…
Tại mục Clock Configuration: Các bạn cấu hình lựa chọn nguồn tạo dao động và
tần số hoạt động cho vi điều khiển (Bộ xử lý trung tâm – CPU và Peripherals – các ngoại vi) thơng qua Clock tree. (Kết hợp với cấu hình RCC tại System Core)
60
Bước 4: Lưu thông tin Project và sinh code
Tại Project Manager các bạn đặt tên Project, nơi lưu trữ (lưu ý khơng sử dụng Tiếng Việt có dấu), và chọn Toolchain /IDE là MDK-ARM V5 nếu các bạn sử dụng Keil C IDE để code và debug. Sau khi cấu hình xong, các bạn bấm vào
GENERATE CODE để sinh code. Sau khi đã sinh code thì sẽ có thơng báo các bạn Open Project. Lúc này Project sẽ được mở lên ở phần mềm Keil C với đầy đủ các cấu hình mà bạn đã thực hiện.
4.2.2 Lập trình trên KEIL uVISON5
4.2.2.1 Giới thiệu ngôn ngữ KEIL uVISON5
Keil C uVison 5 là một phần mềm hỗ trợ cho người dùng trong việc lập trình cho vi điều khiển các dòng khác nhau ( Atmel, AVR ,…). Keil C giúp người dùng soạn thảo và biên dịch chương trình C hay cả ASM thành ngơn ngữ máy để nạp vào vi điều khiển giúp chúng ta tương tác giữa vi điều khiển và người lập trình.
61
4.2.2.2 Lập trình
Sau khi cấu hình, sinh code từ phần mềm STM32CubeMX và mở Project Keil C, các bạn mở file main.ctại mục Application/User.
Có các biểu tượng Build (F7) để compile chương trình và Load (F8) để nạp chương trình.
62 Một số lưu ý khi nạp chương trình:
Các bạn nhấn vào biểu tượng Option for Target hoặc Project -> Option for
Target để thực hiện 1 số cấu hình:
Tại cửa sổ Option for Target, các bạn chọn thẻ Debug và tick chọn Use ST-
Link Debugger, để nạp chương trình xuống kit (nếu chọn Use Simulator thì sẽ ở
chế độ mơ phỏng).
Nhấn vào Settings tại Use: ST-Link Debugger, cửa sổ Cortex-M Target Driver Setup, các bạn chọn thẻFlash Download, tại đây nếu tick chọn Reset and Run thì ngay sau khi nạp, chương trình sẽ chạy ngay. Nếu khơng tick chọn thì các bạn nạp code xong, nhấn vào nút reset trên board mạch thì chương trình mới chạy.
64
Chương 5: MƠ PHỎNG Mơ phỏng robot bằng phần mềm Matlab [3] Mơ phỏng robot bằng phần mềm Matlab [3]
Hình 5. 1: Sơ đồ khối các khớp robot
65
Hình 5. 3: Cấp đầu vào cho slider
66
Hình 5. 5: Tính tốn động học
67
Hình 5. 7: Động học nghịch
68
Hình 5. 9: Robot khi mơ phỏng
69
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 6.1 Các yêu cầu cho máy:
Đối với phạm vi của ĐATN, nên nhóm chúng em đặt ra yêu cầu cho hệ thống trong đề tài này : Thiết kế chế tạo và mô phỏng robot 6 bậc tự do.
6.2 Mức độ hoàn thành:
Xây dựng thành cơng mơ hình cánh tay robot 6 bậc tự do. Kết nối thành công giữa bộ điều khiển và cánh tay robot .
Cánh tay được kết nối qua bảng điều khiển dễ dàng điều khiển và gấp vật, cánh tay chạy có độ chính xác tương đối.
Có thể điều khiển cánh tay robot hoạt động theo ý muốn. Viết chương trình điều khiển Robot.
6.3 Đánh giá:
Trong quá trình thực hiện đồ án, nhóm đã gặp nhiều thuận lợi và khó khăn nhất định Thuận lợi :
Được sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn trong việc thiết kế và thực hiện. Tài liệu, hình ảnh và các video về máy có rất nhiều trên Internet.
Khó khăn :
Khó khăn trong việc lắp đặt các thiết bị với nhau vì khơng có được các dụng cụ cần thiết cho việc tính độ chuẩn xác.
Khó khăn trong việc lập trình cánh tay đáp ứng được hết yêu cầu. Khó khăn lớn nhất là trong việc lựa chọn thiết kế và tính chọn thiết bị.
Khó khăn trong việc tìm thiết bị phù hợp, cơng đoạn tốn nhiều thời gian nhất.
70
Đề tài này tính tốn, thiết kế chế tạo và mơ phỏng. Cánh tay robot có thể xoay được nhiều vị trí. Cánh tay robot sau khi hồn thành có thiết kế gọn nhẹ, cách sử dụng đơn giản. Cánh tay robot hoạt động tương đối ổn định.
6.5 Phương hướng phát triển:
Cải tiến thêm cánh tay robot cho nó chạy hồn chỉnh hơn và có thể áp dụng mơ hình thật để đưa vào thực tế.
Xây dựng giải thuật điều khiển hoàn chỉnh hơn. Thiết kế bộ điều khiển kín có bù tác động ngồi. Tích hợp camera để xử lý hình ảnh, scan 3D. Tăng độ chính xác của hệ thống.
71
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. GS.TSKH Nguyễn Thiện Phúc. “Robot công nghiệp”. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội, năm 2006, trang 52-121
2. TS. Nguyễn Mạnh Tiến. “Điều khiển robot công nghiệp”. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội, năm 2007, trang 28-98
3. TS.Nguyễn Phùng Quang. “Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động”. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội, năm 2004, trang 01-53 4. Nguyễn Văn Thái. Động học nghịch tay máy. Internet:
https://www.youtube.com/watch?v=p1wIJut1bTs&t=323s&fbclid=IwAR3iO33ex6a ETaXzDw7EJ3ISY7Q5u9dJZrkT-RIaBIuuEChfmuisyLCyJI8, 01/08/2021
5. Nguyễn Phú. Động học thuận cánh tay roobot 4 bac tự do. Internet:
https://www.youtube.com/watch?v=U3zecbEErbo&fbclid=IwAR2c_hUDblxRgWR UY5BUAXwi4qHbB6DTfcD_exhI5o3qdkhzLalnhbDQKCM, 03/08/2021