Đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên : LÊ TẤN MINH
Lớp :95 KĐĐ
Nghành : Kỹ thuật Điện –Điện Tử
1-Tên đề tài :
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY MÁY 5 BẬC TỰ DO
DÙNG VI XỬ LÝ 8085
2 – Các số liệu :
3 – Nội dung của phần thuyết minh tính toán :

4 – Các bản vẽ :

Giáo viên hướng dẫn

Đồ án tốt nghiệp

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT
những thách thức được đặt ra cho giới trí thức.
Tay máy công nghiệp là một lónh vực mới mà ở Việt Nam đang
nghiên cứu và từng bước chế tạo để ứng dụng vào quá trình sản xuất góp
phần nâng cao năng xuất lao động.
Kỹ thuật vi xử lí rất ưu việt đã trở nên rất cần thiết trong ngành điện
tử, nó đã thay thế các thiết bò có cấu tạo phức tạp thành đơn giản. ng
dụng vi xử lí rất rộng rải từ máy móc quan trọng trong nền công nghiệp
đến các thiết bò chuyên dùng.
Với các ưu điểm về các chỉ tiêu kỹ thuật và tính linh hoạt của vi xử
lí, việc nghiên cứu và ứng dụng vi xử lí rất cần thiết.
Không nên dừng lại ở cách sử dụng, cách tốt nhất để hiểu rỏ thiết bò
mới và đi sâu vào tìm hiểu bản chất hoạt động bên trong của thiết bò đó.
Thực hiện đề tài : “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH
TAY MÁY NĂM BẬC TỰ DO” như là một cách để thể hiện một phần
trong những kiến thức mà em đã đạt được sau năm năm học tập tại trường.
Do có sự hạn chế về thời gian cũng như kiến thức và kinh nghệm
nên không tránh khỏi những sai sót.
Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn
sinh viên Khoa Điện về đề tài này.
Thủ Đức Ngày 28 Tháng 02 Năm 2000
Sinh Viên Thực Hiện
LÊ TẤN MINH
Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM TẠ

Tập đồ án được hoàn thành như là một bước ngoặt báo hiệu kết thúc
thời gian học tập tại trường ĐHSPKT. Nếu không có sự đóng góp về nhiều
phía chắc chắn người thực hiện dề tài này khó mà đạt được nhũng kết quả

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 lónh vực này, nhóm đã bắt tay vào việc thực hiện nghiên cứu
đề tài: “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY MÁY NĂM BẬC
TỰ DO”.
1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA VẤN ĐỀ
Ở Việt Nam nói chung công nghệ chế tạo tay máy còn chậm phát triển, chúng ta
vẩn chưa có nhà máy nào có khả năng chế tạo các bộ phận cấu thành của tay máy đạt
tiêu chuẩn quốc tế. Tận dụng những vật liệu có sẳn để gia công các chi tiết cơ khí cũng
như linh kiện , thiết bò điện có sẳn do nước ngòai sản suất để thiết kế thành những sản
phẩm 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 đúng đắng
của các kỹ sư ở Việt Nam . Đề tài : “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH
CÁNH TAY MÁY NĂM BẬC TỰ DO” không nằm ngoài nhận đònh 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 cho những ai muốn tìm hiểu về lónh vực này.
1.3 GIỚI HẠN VẤN ĐỀ
Tay máy rất đa dạng về nguồn gốc và chủng loại đây là lần đầu thực hiện nghiên
cứu đề tài: “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY MÁY NĂM
BẬC TỰ DO” 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:
 Lập trình bằng KIT vi xử lí 8085
 Thiết kế mạch điều khiển cánh tay máy
 Xây dựng những chương trình tiêu biểu


2.3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU
 Phương Pháp
Tham khảo tài liệu: chủ yếu là các tài liệu về kỹ thuật số, kỹ thuật vi xử lí, điện tử cơ
bản
Thực nghiệm: viết chương trình thử nghiệm trên KIT vi xử lý 8085
 Phương Tiện
 Ngòai KIT vi xử lí 8085 và mô hìmh cánh tay máy, nhóm còn thực hiện dề tài còn
thiết kế thêm các mạch phụ để thử nghiệm các chương trình liên quan đến 8255 và
8279
2.4 THỜI GIAN NGHIÊN CỨU
Nhóm thực nghiên cứu đề tài từ ngày đăng ký đề tài, công việc được phân bố cho
6 tuần làm việc như sau:
Tuần 1 : Lập đề cương tổng quát
Tuần 2 : Thu thập tài liệu
Tuần 3 : Lập đề cương chi tiết
Tuần 4,5 : Khai triển đề cương và đánh máy
Tuần 6 : Sửa chữa và in ấn
Ñoà aùn toát nghieäp

CHÖÔNG 3


không có khả năng nhận biết thông tin
Thế hệ 2 : thế hệ có kiểu điều khiển theo chu kì dạng chương trình mềm bước
đầu đa có khả năng nhận biết thông tin
Thế hệ 3 : thế hệ có kiểu điều khiển dạng tinh khôn ,có khả năng nhận biết
thông tin và bước đầu đã có một số chức năng lý trí của con người
Đối với tay máy công nghiệp đã có hơn 250 loại ,trong số đó có hơn 40% là loại
tay máy có kiểu điều khiển đơn giản thuộc thế hệ thứ nhất .
Sự xuất hiện của robot và sự gia tăng vai trò của chúng trong sản xuất và xã hội
loài người làm xuất hiện một ngành khoa học mới là ngành robot học (Robotic) . trên
thế giới ở nhiều nước đã xuất hiện những viện nghiên cứu riêng về robot . Ở Việt Nam,
từ những năm giữa của thập kỷ 80 đã có viện nghiên cứu về robot .

3.2 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CHỨC NĂNG CỦA IR

Vậy robot là gì ? cho tới hiện nay chưa có một đònh nghóa chính xác về robot, và
cứ hai năm một lần trên thế giới người ta lại tổ chức một hội nghò khoa học bàn về
robot nhằm thông tin những thành tựu đã đạt được trong nghiên cứu và chế tạo robot
đồng thời thống nhất các thuật ngữ về robotic. để hiểu được về IR, trước hết chúng ta
quan sát sơ đồ cấu trúc và chức năng của IR như sau:
Đồ án tốt nghiệp


vận tốc, gia tốc trong từng thành phần của bộ phận chấp hành các ngoại tín hiệu - là
các tín hiệu từ môi trường bên ngoài có ảnh hưởng tới hoạt động của Robot .
Với cấu trúc và chức năng như trên Robot phần nào mang tính “người“ còn phần
máy chính là trạng thái vật lý của cấu trúc.
Với IR, tính chất người và ”máy” cũng được thể hiện đầy đủ như trên, duy chỉ
hình thức mang dáng dấp của tay “Người”.
Người vận hành
Thiết bò liên lạc với
người vận hành
Hệ thống đều khiển
Hệ
thống
Truyền động
Hệ thống chòu lực
Hệ thống cảm biến
tín hiệu
Môi trường
Bên ngoài
Liênhệ ngược
Liên hệ ngïc
Đồ án tốt nghiệp

3.3 CẤU TRÚC TỔÀNG QUÁT CỦA IR
Chúng ta hãy xem xét cấu trúc của một tay máy công nghiệp có sơ đồ ở hình
3.2.
Tay máy trên hình 3.2 có 6 bậc tự do với 6 trục chuyển động như sau:
1. Chuyển động quét của tay máy (chuyển động quay phải hay quay trái của thân
người);
2. Chuyển động lên hay xuống theo chiều thẳng đứng (chuyễn động của khớp bả vai)
3. Chuyển động duổi ra hay co vào của cánh tay (chuyển động của khớp khuỷu tay)

Hình 3.2 : Mô hình hệ thống chấp hành tay máy công nghiệp
Đồ án tốt nghiệp

Phân loại tay máy theo cấu trúc sơ đồ động
Thông thường cấu trúc chấp hành của tay máy công nghiệp được mô hình hóa
trong dạng chuổi động với các khâu và khớp như trong nguyên lý máy với các giả
thuyết cơ bản như sau:
- Chỉ dùng các khớp động loại 5 (khớp quay, khớp tònh tiến, khớp vít)
- Trục quay hướng tònh tiến của các khớp thì song song hay vuông góc với nhau.
- Chuổi động là chuổi động hở, đơn giản.
Dưới đây là chuổi động của một tay máy công nghiệp tổng quát có 6 bậc tự
do, các khớp A, B, F là các khớp tổng quát có nghỉa là chúng có thể là khớp quay, cũng
có thể là khớp tònh tiến, các khớp D, E, K chỉ là những khớp quay. Các khâu được đánh
số bắt đầu từ khâu 0 _ giá cố đònh , tiếp đến là các khâu 1, 2, …, n _ các khâu động _
khâu tổng quát ký hiệu là khâu i, (i=0,1,2,…,n), khâu, khâu n cuối cùng là khâu mang
bàn kẹp của tay máy.
Tương tự như tay người để bàn kẹp (bàn tay) làm việc được cần có ba loại
chuyển động, tương ứng với các chuyển động này là ba dạng cấu trúc của tay máy như
sau:
Cấu trúc chuyển động toàn bộ (Chân người) cấu trúc này thực hiện chuyển
động đem toàn bộ tay máy (tay người) đến vò trí làm việc . Cấu trúc này hết sức đa
dạng và thông thường nếu không phải là tay máy hoạt động trong hệ thống mà chuyển
động này cần có sự kiểm soát người ta thường coi tay máy là đứng yên khâu 0 gọi giá
cố đònh của tay máy.

và đặc biệt đảm bảo giá thành đầu tư vào tay máy thấp, người ta không nhất thiết lúc
nào cũng phải chế tạo tay máy có đủ số ba khớp động cho cấu trúc xác đònh vò trí.
Đồ án tốt nghiệp

3.4 GIỚI THIỆU ROBOT L2001:
ROBOT L2001 có 4 bậc tự do đều là khớp quay, sử dụng động cơ điện một
chiều có công suất cực đại 3W, số vòng quay của động cơ và chuyển động các khớp
của tay máy tay máy phụ thuộc vào điện áp đặt vào động cơ và có thể điều chỉnh vô
cấp. Kết cấu bộ truyền động cơ khí đơn giản thông qua bộ bánh răng giảm tốc 3 cấp,
cấp thứ 3 là bộ trục vít- bánh vít do đó khả năng tự hãm rất tốt khi làm việc.
Để xử lý công việc hãm chính xác và khử quán tính, tay máy được trang bò hệ
thống điều khiển bằng bộ vi xử lý, nó có chức năng điều khiển theo chương trình
mềm do người chế tạo lập sẵn. các chế độ hãm động cơ (hãm ngược) được tính toán
trước trong chương trình nhằm bảo đảm tính chính xác cho cơ cấu khi có quán tính
ứng với các giới hạn hành trình của từng chương trình.
Các bộ phận an toàn giúp tay máy hoạt động tốt khi làm việc và ngay cả khi
mất điện,bộ nhớ sẽ lưu lại chương trình.
Bộ vi xử lý được lắp các cổng ra-vào để nối kết với các phần tử khác như băng
tải, các khớp xoay hoặc các dây chuyền sản xuất giúp mở rộng việc sử dụng. Bản
thân bộ vi xử lý có các bộ đếm, bộ đònh thời giúp xác đònh ca làm việc và số sản
phẩm vận chuyển được ứng với mỗi ca …
Các chuyển động của các khớp được giới hạn bởi cử hành trình.
Tay máy được ứng dụng trong các công việc như : cấp phôi cho máy bán tự
động, vận chuyển sản phẩm nhựa từ máy ép nhựa, phát hiện và loại bỏ phế phẩm
trong dây chuyền sản xuất …
Điều cần quan tâm ở đây của người nghiên cứu là giá thành sản xuất thấp, do
đó phù hợp với điều kiện nước ta hiện nay .
Mặc dù độ chính xác của tay máy chưa cao lắm, nhưng với yêu cầu công nghệ
nhất đònh nào đó tay máy có thể đáp ứng được.

2s 1.5s

Động cơ 5 : xoay thân đế (thân người).
Các động cơ 2, 3, 4, 5 được bố trí trên 4 khâu chuyển động và hình thành 4 bậc
tự do.
3.5.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ DC 3W
Các động cơ đều có chung nguyên lý hoạt động .
* Đặc điểm:
-Nguồn điện áp DC 5  9 V.
-Tốc độ thay đổi vô cấp 1200 4000 v/p.
-Cókhả năng mang tải ngay khi cấp nguồn điện.
* Phương pháp điều khiển động cơ.
- Dùng điện áp DC 5 9V.
- Cấp nguồn đúng chiều theo yêu cầu.
- Thay đổi chiều quay bằng cách hoán vò các cực .

- + + - - + + -

Hình 3.5 : Phương pháp đảo chiều quay động cơ
Để làm được công việc trên , ở mạch điều khiển ta trang bò các cầu dao đảo
hoặc rơle điện từ .
Dựa theo nguyên lý trên khi ứng dụng lắp ráp ROBOT thì những chuyển động
đảo chiều đó sẽ đảo chiều được hành trình chuyển động của các khâu.

* Nguyên lý hãm ngược
+ Đối với động cơ một chiều thì công việc hãm ngược đơn giản hơn, giảû sử:
khi động cơ chạy theo chiều nào đó, có thể cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ.
+ Khi ngưng cấp nguồn đồng thời đưa nguồn điện khác ngược chiều với nguồn
đang hoạt động lập tức động cơ sẽ bò hãm cưỡng bức, lúc ấy lực từ sẽ có chiều ngược

ROBOT L2001
* Cổng kết nối:
Để đảm bảo tính độc lập của các khớp các động cơ được bố trí thành 10 cổng nối
kết riêng biệt
Do mỗi cặp Jắc nối được lắp với một động cơ.
Vì vậy ta có tất cả 5 cặp nối và được đánh số tư ø1-10.
Trình tự được sắp xếp như sau :
- 1,2 cho động cơ hàm kẹp
- 3,4 cho động cơ cổ tay
- 5,6 cho động cơ khuỷu tay
- 7,8 cho động cơ cánh tay
- 9,10 cho động cơ xoay chân đế
Do đó khi nối kết với với bên ngoài phải đảm bảo cách ly riêng biệt từng cặp
như đã đánh số ở trên
* Cơ cấu hiển thò.
Tay máy L2001 có các hệ thống hiển thò báo tín hiệu ngỏ vào và ngõ ra được
lắp trên vi xử lý.
Các tín hiệu thuận sẽ báo bằng đèn xanh, ngược lại sẽ báo bằng đèn đỏ.
3.6 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG BĂNG TẢI
Do cánh tay máy chỉ làm nhiệm vụ gắp chi tiết đến vò trí cố đònh, vì vậy để
chuyển sản phẩm đến một khâu khác đòi hỏi phải có hệ thống băng tải.
3.6.1 CẤU TẠO
Dây băng được lắp trên giá đỡ bằng nhôm phẳng nằm ngang, hai đầu lắp với 2
rơle mụïc đích là tạo sự chuyển động. Chuyển động quay nhờ động cơ điện một chiều
có công suất 5W.
3.6.2 TRANG BỊ ĐIỆN CHO HỆ THỐNG BĂNG TẢI
Đồ án tốt nghiệp

- Băng tải được lắp với động cơ một chiều có công suất 5W
- Động cơ được điều khiển bởi một công tắc tơ

Dựa vào yêu cầu về phần điều khiển của cánh tay máy làm cơ sở cho việc xác
đònh cấu trúc mạch.
Do đó vấn đề đầu tiên là phải nghiên cứu kỹ cấu tạo của tay máy,tiếp theo phải
tìm hiểu rõ yêu cầu để điều khiển cánh tay máy .Việc nghiên cứu này sẽ cho cái nhìn
về cấu trúc mạch điều khiển. Cân nhắc giữa cấu hình và yêu cầu điều khiển sẽ chọn
cấu trúc mạch hợp lí.
Sơ đồ khối của mạch điều khiển được trình bày ở hình 4.1
Đồ án tốt nghiệp

Sơ đồ khối của mạch điều khiển
hỏi nguồn đơn +5v. Hình trình bày sơ đồ chân của bộ vi xử lí 8085. Toàn bộ các tín
hiệu có thể được phân thành 6 nhóm:
(1) Tuyến đòa chỉ.
(2) Tuyến dữ liệu .
(3) Các tín hiệu trạng thái và điều khiển
(4) Nguồn cung cầp và các tín hiệu tần số
(5) Các ngắt và các tín hiệu khởi tạo ngoại vi
(6) Các cổng I/O nối tiếp
Control
and
Status Signals
+5V
AD7
AD0
A15
A8
SID
SOD
TRAP
X1 X2
Vcc
Vss
INTR
READY
HOLD
8085
GND
RST 7.5
RST 6.5
RST 5.5

ALE
S0
S1
IO/M
RD
WR
INTA
HLDA
High Outer
Address Bus
Multiplexed
Address/Data Bus
Serial
I/O
Ports
Interrupts
and
Externally
Initiated
Signals Đồ án tốt nghiệp

Hình 4.2 : sơ đồ chân và các tín hiệu của 8085
 Tuyến đòa chỉ
8085 có 8 đường tín hiệu, A
15
_A
8
là các tín hiệu một chiều, được sử dụng như
tuyến đòa chỉ cao

 Tuyến dữ liệu / đòa chỉ đa hợp
Các đường tín hiệu AD
7
–AD
0
là các đường hai chiều chúng phục vụ một mục
đích kép. Các đường này được sử dụng lúc thì như tuyến đòa chỉ thấp khi thì như một
tuyến dữ liệu. Khi thi hành một lệnh, trong một phần đầu của chu kì, các đường này
8085
CLK(OUT)
RESET(OUT)
A11
S0
AD6
22
INTA
Vss
AD2
3 HLDA

AD4
29
31
37
40
6
1
READY
X1
AD0
19
A10
A12
A15
RD
SID
16
Vcc
36
14
RST6.5
20
23
26
A9
A14
ALE
AD7
25
A8