II.1.1.Phần cơ khí:
Hình 2.1.0: Quy trình thiết kế Robot
a. Gia cơng khung nhơm:
Vì trong đề tài Robot khơng cần tải nặng nên khung nhôm được gia công khá đơn giản và đảm bảo việc lắp đặt board mạch, acquy, bánh xe xho cân đối. Khung được tán bằng các đinh rive nên đảm bảo chắc chắn và gọn nhẹ.
Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như công nghiệp. Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất khi nối với nguồn điện, tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp PWM. Đề tài chọn động cơ với công suất 10W đảm bảo việc tải cho Robot với khối lượng khoảng 5kg. Động cơ được lắp trực tiếp vào khung sau Robot.
Hình 2.1.1: Động cơ DC Robot
c. Lắp 2 bánh xe tải trọng dùng cho hai bánh sau:
Loại bánh xe này có thể dùng làm bánh chủ động cho robot. Khối lượng 220g ,tải trọng 50kg. Đường kính ngồi 100mm. Bề rộng 35mm. Trục bánh có thể lắp trực tiếp với các loại động cơ giảm tốc có đường kính trục từ 4 đến 24mm. Ngồi ra có thể gắn bạc đạn (ổ bi) để làm bánh xe thụ động. Bánh xe được đúc bằng nhơm có độ bền cao,vỏ được bọc silicon mềm và có nhiều rãnh nên có độ bám cao. Bánh được lắp vào trục động cơ đảm di chuyển linh hoạt.
Hình 2.1.2: Bánh tải trọng Robot
d. Lắp Encoder:
Encoder này dùng nhiều trong các thiết bị tự động. Có thể dùng để đo quãng đường đi của robot tự động. Độ bền cơ học cao. Khối lượng 30g. Nguồn 5VDC ,hai pha A,B. Đường kính trục 6mm. Đường kính vỏ ngồi 45mm. Dùng Encoder có thể xác định chính xác tọa độ di chuyển cho Robot. Encoder được lắp gắn với chuyển động của 2 bánh sau.
e. Lắp 2 bánh xe đa hướng Omi trước:
Bánh xe đa hướng Omi: Sườn bánh làm bằng nhựa PA, 8 bánh vệ tinh được
gia công CNC từ loại nhôm cứng 6061 siêu bền hoặc Polime giúp bánh chạy êm và giảm hao mòn đáng kể trong q trình sử dụng. Bánh có thể di chuyển theo bất kỳ một hướng nào.
Hình 2.1.4: Bánh Omi trước Robot
f. Lắp Acquy:
Acquy 12V, 1,5 Ah Loại acquy khơ rất thích hợp cho robot khối lượng chỉ có 600g, robot chạy loại acquy này có khối lượng nhẹ nên di chuyển linh hoạt. Điện áp 12V và dịng là 1.5AH ( tức là có khả năng duy trì dịng 1.5 A trong vịng 1 giờ).
Hình 2.1.5: Acquy Robot
g. Kiểm tra cân bằng:
Sau khi lắp đặt thành công phải kiểm tra xem Robot đã thật sự cân bằng chưa để đảm bảo di chuyển không bị lệch trọng lượng.
Hình 2.1.6: Kết cấu hồn chỉnh Robot
II.1.2. Phần mạch điện tử:
Tổng quan mạch điện tử
Hình 2.1.7: Mạch tổng qt điều khiển động cơ DC
Thơng thường nó cung cấp cho các vi điều khiển và các IC với nguồn là 5V. Trong Board mạch này nguồn ổn định 5V từ nguồn Acquy bên ngồi 12V thơng qua IC ổn áp 7805.
Với những mạch điện khơng địi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản. Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp. Ví dụ 7805 ổn áp 5V, 7812 ổn áp 12V. Việc sử dụng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau, dưới đây là minh họa cho IC ổn áp 7805.
Sơ đồ ở trên IC 7805 có 3 chân:
Chân số 1 là chân IN Chân số 2 là chân GND Chân số 3 là chân OUT
Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn vung cấp thay đổi. Mạch này dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại IC thường hoạt động ở điện áp này). Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điên áp tăng cao thì mạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện áp ở ngõ ra OUT 5V không đổi.
Mạch trên lấy nguồn một chiều từ một acquy điện áp từ 12V để đưa vào ngõ IN. Khi kết nối mạch điện, do nhiều nguyên nhân, người dùng dễ nhầm lẫn cực tính của nguồn cung cấp khi đấu nối vào mạch, trong trường hợp này rất dễ ảnh hưởng đến các linh kiện trên board mạch. Vì lí do đó một diode cầu được lắp thêm vào mạch, diode cầu đảm bảo cực tính của nguồn cấp cho mạch theo một chiều duy nhất, và người dùng cũng khơng cần quan tâm đến cực tính của nguồn khi nối vào ngõ IN nữa.
Chú ý: Điện áp đặt trước IC78xx phải lớn hơn điện áp cần ổn áp từ 1.5V đến 2V.
Hình 2.1.8: Mạch ốn áp 5V
Tụ điên đóng vai trị ổn định và chống nhiễu cho nguồn .
Khối xử lý trung tâm dùng MCU AVR có nhiệm vụ nhận tín hiệu Input từ Port, từ tín hiệu ngắt ngồi và từ đó sẽ xác định các yêu cầu cần đáp ứng thông qua việc điều xung PWM để điều khiển động cơ Robot.
i. Giới thiệu MCU AVR Atmel:
AVR do hãng Atmel chế tạo ra, là họ VĐK 8bit theo công nghệ mới với những tính năng rất mạnh được tích hợp trong trong chip. AVR ổn định hơn rất nhiều so với dịng VĐK 8051. Một số tính năng mới của họ AVR:
−Tốc độ xử lý cao, tiêu thụ điện năng thấp
−Kiến trúc 131 tập lệnh thưc thi hầu hết trong mỗi chu kỳ xung clock −32x8 thanh ghi đa dụng
−Đạt tốc độ tối đa 16MIPS ở 16Mhz xung clock
−Dung lượng bộ nhớ: 16Kb Flash, 512 EEPROM, 1kb Internal SRAm −Khả năng ghi và xóa có thể đạt đến 10000 lần, lưu trữ trong thời gian dài
trên 20 năm/85oC-100 năm 25oC.
−Giao tiếp chuẩn JTAG hỗ trợ debug, Lock, Fuse bit −2 bộ Timer 16 bit, 1 bộ timer 16 bit
−4 kênh PWM −8 kênh ADC 10 bit −32 port xuất nhập
−Hỗ trợ gioa tiếp I2C, USART, SPI −Hoạt động tốt ở hiệu điện thế 4.5-5.5 .