1

MỤC LỤC

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 5
1.1 Giới thiệu chung 5
1.2 Các vấn đề đặt ra 5
1.3 Phương pháp nghiên cứu 5
1.4 Phạm vi giới hạn đề tài 6
CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ ROBOT ĐỊA HÌNH QUÂN SỰ 7
2.1 Lịch sử phát triển của robot địa hình quân sự 7
2.2 Các loại robot địa hình quân sự 7
2.3 Các thành phần cơ bản của robot địa hình quân sự 12
2.3.1 Kết cấu cơ khí của robot địa hình quân sự 12
2.3.2 Các vi điều khiển có thể dùng trong robot 14
2.3.3 Truyền thông giao tiếp 16
2.3.4 Động cơ 17
2.3.5 Cơ cấu truyền động 18
CHƯƠNG III THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÔ HÌNH ROBOT ĐỊA HÌNH QUÂN
SỰ 19
3.1 Mô hình hóa hệ thống 19
3.1.1 Mô hình hóa cơ học 19
3.1.2 Mô hình hóa hệ thống cơ khí 22
3.1.3 Mô hình hóa hệ thống điều khiển 27
3.2 Thiết kế hệ thống 30
3.2.1 Thiết kế mạch hệ thống điều khiển 30
3.2.1.1 Thành phần 30

3

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Robot Hanwha robot.…………………………………….….7
Hình 2.2 Robot cứu thương…………………………………….…… 8
Hình 2.3 Robot BEAR……………………………………………… 8
Hình 2.4 iRobot 210.………………………………………………… 9
Hình 2.5 irobot 710 Warrior……………………………………………9
Hình 2.6 iRobot 510 Packbot…………………………………… … 9
Hình 2.7.iRobot SUGV……………………………………………… 10
Hình 2.8.Chiến binh iRobot 710………………………………………10
Hình 2.9 Robot Asendro ……………………………………………11
Hinh 2.10 Robot MAARS.…………………………………………….11
Hình 2.11 Dragon Runner.………………………………………… 11
Hình 2.12 SWORDS………………………………………………… 12
Hình 2.13 Robot chiến trường (VIỆT NAM) ……………………….12
Hình 2.14 MATILDA……………………… …………………… 13
Hinh 2.15 Dente II ……………………………………………… 13
Hinh 2.16 Shrimp III địa hình gập ghềnh…………………….…… 13
Hình 2.17 Thích nghi với địa hình lồi lõm của robot nâng thân…… 14
Hình 2.18 Vi điều khiển ATmega32………………………………….15

5
CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Giới thiệu chung
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống Cơ-Điện tử, robot vượt địa
hình ngày một được hoàn thiện và càng cho thấy lợi ích của nó trong quân sự,
trong nghiên cứu. Nó có khả năng thăm dò những khu vực mà con người không
đến được thậm chí trong khám phá vũ trụ. Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học
kĩ thuật. Cộng với nhu cầu con người ngày càng cao, tiềm năng ứng dụng của
robot địa hình quân sự càng rộng lớn. Có thể kể tới một vài ứng dụng của robot

- Khi có đủ đồ tiến hành thiết kế cơ khí. Đặt mạch in, test thử mạch cẩn thận
- Lập trình cho robot.
- Cho robot chạy so sánh với nhiệm vụ đặt ra.
1.4 Phạm vi giới hạn đề tài
Trong phạm vi đồ án, với những giới hạn về thời gian, tài chính, tầm hiểu biết,
nên nhóm chúng em chế tạo một con robot vượt địa hình dạng tay nâng với những
tính năng là:
- Robot di chuyển vượt địa hình nhấp nhô, và có khả năng leo dốc với góc
nghiêng lớn nhất là 45▫, vận tốc lớn nhất có thể đạt được là 2m/s.
- Kết cấu cơ khí của robot được chế tạo bằng thép có khả năng chịu lực tốt, đảm
bảo gọn nhẹ đẹp, bền, chắc.
7
CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ ROBOT ĐỊA HÌNH QUÂN SỰ
2.1 Lịch sử phát triển của robot địa hình quân sự
Sáng tạo ra robot là niềm vinh hạnh của con người, khẳng định sự tiến bộ


Hình 2.3 Robot BEAR
Robot này chuyên làm nhiêm vụ xâm nhập, do thám vào những vùng nguy
hiểm. Chẳng hạn như vào trong một tòa nhà đang cháy để tìm người bị nạn thay
cho lực lượng chữa cháy hoặc được dùng trong những nhiệm vụ giải cứu con tin
của cảnh sát, với camera truyền hình ảnh trực tiếp về người điều khiển, ta có thể
biết được vị trí của tội phạm cũng như con tin. 9 Hình 2.4 iRobot 210
Robot này được sử dụng trong quân đội, nó như một chiến binh, mang các khí
tài quân sự cũng như vận chuyển các robot khác phục vụ cho tác chiến.

Hình 2.5 irobot 710 Warrior
Robot này ngoài nhiệm vụ vượt địa hình để thâm nhập do thám ở những nơi
nguy hiểm, chúng còn được trang bị cánh tay máy để gắp được các vật, đặc biêt là
để phục vụ cho công tác tháo gỡ bom mìn. Hình 2.6 iRobot 510 Packbot
Robot này được phục vụ trong quân đội, không chỉ có khả năng vượt địa hình,
nó còn có cánh tay 3 bậc tự do để mang vác, tháo dỡ các vật nặng. Robot này có
Hinh 2.10 Robot MAARS
Robot Dragon Runner được trang bị một camera nhỏ, một máy thu âm,
một đèn hồng ngoại (để hoạt động ban đêm) và những bộ cảm biến hồng ngoại
(để tránh chướng ngại vật).

Hình 2.11 Dragon Runner

12

SWORDS là một hệ thống điều khiển từ xa tích hợp các tính năng do thám dò
mìn, có thể linh hoạt kết hợp với nhiều loại súng và có khả năng di chuyển trên
mọi địa hình Hình 2.12 SWORDS

2.3 Các thành phần cơ bản của robot địa hình quân sự
2.3.1 Kết cấu cơ khí của robot địa hình quân sự
Robot địa hình có nhiều dạng, tùy vào từng mục đích, môi trường hoạt động
nên mỗi loại robot có kết cấu cơ khí khác nhau. Dưới đây là một số dạng kết cấu
robot địa hình quân sự:
-Robot dạng 6 bánh

Hình 2.13 robot chiến trường (VIỆT NAM)

2.3.2 Các vi điều khiển có thể dùng trong robot
A, Vi điều khiển AVR
Do hãng Atmel sản xuất được giới thiệu lần đầu năm 1996 AVR có rất nhiều
dòng khác nhau bao gồm dòng Tiny AVR (như AT13,AT Tiny 22…) có kích
thước bộ nhớ nhỏ, ít bộ phận ngoại vi rồi đến dòng AVR (chẳng hạn AT90S535,
AT90S8515…) có kích thước bộ nhớ vào loại trung bình và mạnh hơn dòng Mega
( như AT mega 32,ATmega128 ) với bộ nhớ kích thước vài kb đến vài trăm kb
cùng với các bộ ngoại vi đa dạng được tích hợp trên chip, cũng có dạng tích hợp
cả bộ LCD trên chip( dòng LCDAVR) tốc độ của dòng Mega cũng cao hơn so với
dòng khác. 15 Hình 2.18 vi điều khiển ATmega32

B, Vi điều khiển PIC
Là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip
Technology. Dòng PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi Microelectrnics
Division thuộc General Instrument . PIC thực sự là một vi điều khiển với kiến trúc
RISC, chạy một lệnh một chu kỳ máy ( 4 chu kỳ của bộ dao động). Ngày nay rất
nhiều dòng PIC được xuất xưởng với hang loạt các module ngoại vi tích hợp sẵn (
như USART,RWM, ADC…) với bộ nhớ chương trình 512 Word đến 32kWord. Hình 2.19 điều khiển PIC 17

2.3.4 Động cơ
Động cơ
Động cơ điện
Động cơ
xoay
chiều
Động cơ khí
nén-thủy lực
Động cơ đố
t
trong

Động
cơ một
chiều
Động
cơ
bước
Động
cơ
servo

động giữa các trục giao nhau; truyền động bánh răng trụ chéo hoặc bánh răng côn
chéo để truyền chuyển động giữa các trục chéo nhau.
Truyền động bằng xích thuộc loại truyền động bằng ăn khớp gián tiếp, thường
được dùng để truyền động cho các trục xa nhau.Có thể dùng truyền động xích để
giảm tốc hoặc tăng tốc. So với truyền động đai, khả năng tải và hiệu suất của
truyền động xích cao hơn, cùng một lúc có thể truyền chuyển động và công suất
cho nhiều trục.Tuy nhiên truyền động xích đòi hỏi chế tạo và chăm sóc phức tạp,
làm việc có va đập, chóng mòn, nhất là khi bôi trơn không tốt và môi trường làm
việc nhiều bụi.
Bộ truyền xích làm việc có khả năng xuất hiện các dạng hỏng sau : mòn bản lề
và răng đĩa, con lăn bị rỗ hoặc bị vỡ, các má xích bị vì mỏi, trong đó mòn bản lề
nguy hiểm hơn cả và thường xuyên là nguyên nhân chủ yếu làm mất khả năng làm
việc của bộ truyền xích. Vì vậy chỉ tiêu tính toán cơ bản của bộ truyền xích là tính
về mòn, xuất phát từ điều kiện áp suất sinh ra trong bản lề không được vượt quá
một giới hạn cho phép .
Xuất phát từ yêu cầu làm việc của robot, hoạt động trên địa hình phức tạp nên
yêu cầu bánh của robot phải có momen lớn, và cũng xuất phát từ công nghệ chế tạo
và kinh tế, do đó ta sử dụng bộ truyền xích truyền động giữa động cơ bánh sau và
bánh trước robot, giữa động cơ và cần trước, sau của robot.

19

CHƯƠNG III THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÔ HÌNH ROBOT ĐỊA HÌNH
QUÂN SỰ

3.1 Mô hình hóa hệ thống
3.1.1 Mô hình hóa cơ học

.
Gia tốc chuyển động trên cả quãng đường là a
Ta có công thức:
v
2
= v
1
+at
2aS = v
2
2
– v
1
2
S
S = v
1
+at
2
/2
 Chuyển động mặt phẳng nghiêng 45°
Giả sử hệ số ma sát lăn trên quãng đường là µ. Vật đang di chuyển với gia tốc là a.

20

Phân tích các lực tác dụng lên vật:
- Trọng lực: P (phân tích thành 2 lực thành phần P

pđ
-µmgcos45°-mgsin45° = ma
Trường hợp này P đóng vai trò là lực cản
Xét chuyển động xuống dốc
Chiều (+)là chiều chuyển động như hình vẽ
F
pđ
+ P

+ N + F
ms
= ma (2)
Chiếu (2) lên phương chuyển động ta có:
F
pđ
+ P
x
- F
ms
= ma F
pđ
+mgsin45°-µmgcos45°=ma
Trường hợp này P có ích đóng vai trò lực phát động.
2.Phương trình động lực học vật rắn(chuyển động của động cơ)
∑
=Iγ
∑
 =Tổng các momen lực
γ: gia tốc góc
I: momen quán tinh


Hình 2.21 Động cơ
- Đặc tính của động cơ
+ Nguồn 24V DC,220v/p
+ Công suất 15 W
+Hộp số bánh răng hành tinh.

22

+Động cơ bước gắn thêm một hộp giảm tốc trực tiếp lên động cơ với đặc
điểm là momen lớn.
+ Động cơ DC cũng là một cơ cấu chấp hành cơ_điện, biến năng lượng điện
chuyển thành năng lượng cơ học.
+ Động cơ DC hoạt động dựa trên 2 đinh luật Loren và Faraday .Cấu tạo động
cơ gồm phần ứng, phần kích từ, chổi than và cổ góp.
- Có 5 loại động cơ DC : động cơ kích từ nối tiếp, động cơ kích từ song song,
động cơ kích từ hỗn hợp và động cơ nam châm vĩnh cửu.
3.1.2 Mô hình hóa hệ thống cơ khí
Từ phần tổng quan của robot và yêu cầu về cơ hoc chúng em đã dung phần mềm
Solidworks để thiết kế các chi tiết của robot. Việc thiết kế giúp cho chúng em có
thêm hình dung tốt hơn về kết cấu tổng quan của robot đề ra nhưng phuong pháp
tối ưu. Hình 3.1 Mô hình hóa hệ thống cơ khí

2

Tr
ụ
c n
ố
i bánh sau

6

ố
ng lót

3

Bulong

7

Bánh

4

Tr
ụ
c c
ố

đ

t

Stt

Tên chi ti
ế
t

1

Càng

6

Bulong

2

Vít

7

Ố
c

3

Bulong

8


 Cơ cấu chi tiết bánh trước

Hình3.4 Cơ cấu bánh trước
Stt

Tên chi ti
ế
t

Stt

Tên chi ti
ế
t

1

Vít

9

Bulong

2

Bánh

10



13

ố
c

6

Vòng bi

14

Má căng xích dư
ớ
i

7

Bánh răng tr
ụ
c

15

Bulong

8

Càng