LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, em đã
nh
ận được sự giúp đỡ, động viên, khích lệ của gia đình, thầy cô và bạn bè. Qua đây
em xin được bày tỏ lòng biết ơn đến:
Ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí – Trường Đại học Nha Trang.
Tập thể quý thầy cô giáo, bạn bè trong khoa Cơ Khí.
Tập thể đội Robocon năm 2010 Trường đại học Nha Trang.
Đặc biệt
em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Nguyễn Văn Nhận,
thầy Th.S Vũ Thăng Long, thầy Trần Văn Hùng, thầy Đỗ Quốc Chí và thầy Nguyễn
Văn Định đ
ã hướng dẫn, giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Em
xin c
ảm ơn gia đình đã tạo điều kiện, động viên em trong suốt thời gian học tập và
làm đồ án tại Trường.
Nha Trang, ngày 25 tháng 05 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Trịnh Hồng Quang
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ tên : Trịnh Hồng Quang Lớp: 48CTU
Chuyên ngành: Công nghệ Cơ Điện Tử Mã ngành:
Tên đề tài : “Thiết kế chế tạo Robot tham gia Robocon 2010”
Số trang………………, số chương…………… , tài liệu tham khảo
Hi
ện vật:
Nhận xét
K
ết luận: Điểm phản biện
Điểm chung
Bằng số Bằng chữ
Nha Trang, ngày… tháng … năm…
Cán bộ phản biện
(Kí và ghi rõ họ tên)
Nha Trang, ngày … tháng … năm …
Chủ tịch hội đồng
(Kí và ghi rõ họ tên)
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH SỬ DỤNG TRONG BÁO CÁO
DANH SÁCH BẢNG BIỂU DÙNG TRONG BÁO CÁO
L
ỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I:GIỚI THIỆU CHUNG 1
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CUỘC THI SÁNG TẠO ROBOT 1
1.2. GI
ỚI THIỆU LUẬT CỦA CUỘC THI SÁNG TẠO ROBOT 2010 1
1.2.1 T
ổng quan về sân thi đấu 1
1.2.2. Quy định cho trận đấu 4
ết kế cơ khí 44
2.3.2. Thi
ết kế mạch điện 51 -51
2.3.3 L
ập trình điều khiển 58
2.4. CH
Ế TẠO CÁC PHẦN VÀ LẮP RÁP ROBOT 63
CHƯƠNG III: THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 64
3.1. NHỮNG LỖI PHÁT SINH SAU KHI THỬ NGHIỆM TRÊN SÂN 65
3.2. CÁCH KHẮC PHỤC VÀ SỬA CHỮA LỖI 65
3.3. K
ẾT QUẢ SAU KHI KHẮC PHỤC VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 65
3.3.1. K
ết quả khắc phục : 65
3.3.2
Hướng phát triển 66
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 67
4.1. KẾT LUẬN 67
4.2. ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO 70
DANH MỤC HÌNH SỬ DỤNG TRONG BÁO CÁO
Trang
Hình 1.1: Tổng quan sân thi đấu Robocon 2010 2
Hình 1.2: Kim t
ự tháp Khufu 2
Hình 1.3: Kim t
ự tháp Khafa 3
Hình 1.4: Kim t
ự tháp Mankaura 3
Hình 1.5: Vùng sân thi
Hình 1.22: Thanh ghi PORTA 19
Hình 1.23: Thanh ghi PINA 19
Hình 1.24:
Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 8bit 20
Hình 1.25:
Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 16 bit 20
Hình 1.26: Thanh ghi TCCR0 21
Hình 1.27: Thanh ghi TCNT0 22
Hình 1.28: Thanh ghi 0CR0 22
Hình 1.29: Thanh ghi m
ặt nạ ngắt 23
Hình 1.30: Thanh ghi c
ờ ngắt 23
Hình 1.31:
Sơ đồ thời gian của chế độ so sánh 24
Hình 1.32: Ch
ế độ Fast PWM 25
Hình 1.33: Ch
ế độ Phase correct PWM 25
Hình 1.34: Ch
ế độ Phase correct PWM 26
Hình 1.35: S
ơ đồ chân của ATMEGA32 27
Hình 1.36: Hình d
ạng bên ngoài của ATMEGA32 28
Hình 1.37: Linh ki
ện Opto 28
Hình 1.38: Linh ki
ện ULN2803 29
Hình 1.39: Linh ki
Hình 2.7: B
ản vẽ nhôm tấm dùng để giữ hai đầu con lăn 46
Hình 2.8:
Đĩa xích 47
Hình 2.9: Nhông xích g
ắn trực tiếp trên động cơ 47
Hình 2.10: Hình
ảnh thực tế của khâu trượt đế robot bằng tay 48
Hình 2.11: Con l
ăn trong cơ cấu nâng hạ cánh tay Robot 48
Hình 2.12: Tang
đẩy quà làm từ phôi nhựa 49
Hình 2.13: Khâu l
ấy quà của Robot điều khiển bằng tay 49
Hình 2.14: Cánh tay phía trên c
ủa Robot 50
Hình 2.15: Cánh tay phía d
ưới của Robot 50
Hình 2.16: Nhông g
ắn trên trục đẩy quà 50
Hình 2.17: Mô ph
ỏng Robot điều khiển bằng tay 51
Hình 2.18:
Sơ đồ nguyên lý mạch tạo nguồn 5V 51
Hình 2.19: Kh
ối mạch ATMEGA32 52
Hình 2.20: M
ạch tạo nguồn công suất 53
Hình 2.21: M
ạch cách ly 54
ình. Tuy nhiên với các loại máy móc thông thường thì
độ chính xác không cao, phụ thuộc nhiều vào người điều khiển. Vì vậy, con người
đ
ã phát minh ra Robot tự động, Robot tự động sẽ là lao động chính trong tương lai,
và là xu hướng phát triển của các ngành công nghiệp trong thời đại ngày nay.
Đối với sinh viên ngành Cơ điện tử để làm quen với Robot thì Robocon là
m
ột sân chơi bổ ích, tham gia Robocon đòi hỏi sinh viên phải biết áp dụng tất cả các
kiến thức mình đã học về cơ khí, điện tử và lập trình thì mới có thể hoàn thành được
một Robot. Thông qua sân chơi này sinh viên được giao lưu học hỏi với các sinh
viên trường khác để h
oàn thiện hơn kiến thức của mình. Và cũng chính vì lý do đó
mà nhóm chúng em đã chọn đề tài tốt nghiệp là : “Thiết kế chế tạo Robot điều
khiển bằng tay tham gia Robocon 2010” dưới sự hướng dẫn của thầy PGS.TS
Nguy
ễn Văn Nhận, thầy Th.S Vũ Thăng Long, thầy Trần Văn Hùng, thầy Đỗ Quốc
Chí và thầy Nguyễn Văn Định.
Do s
ự giới hạn kiến thức cũng như thời gian thực hiện đồ án nên bài báo tốt
nghiệp này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến
của quý thầy cô để bài báo cáo được hoàn thiện hơn.
Bài báo cáo gồm có bốn chương sau:
- Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG
- Chương 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Chương 3: THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH
-
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
- 0 -
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG
t
ự tháp (Khufu, Khafa và Mankaura). Vùng điều khiển bằng tay là vùng xây dựng
Kim tự tháp Khufu, vùng tự động thứ nhất là vùng bao quanh Kim tự tháp Khafa,
vùng tự động thứ hai là vùng bao quanh Kim tự tháp Mankaura.
- Mỗi trận thi đấu gồm có hai đội xanh (blue) và đội đỏ (red).
- 2 -
- Mỗi đội phải dùng những con Robot của mình xây dựng hoàn thành 3 Kim
t
ự tháp theo đúng thứ tự.
Hình 1.1: Tổng quan sân thi đấu Robocon 2010
- Thứ nhất là Kim tự tháp Khufu: Mỗi đội sẽ dùng một Robot điều khiển
bằng tay gắp khối các khối cấu kiện để xây dựng Kim tự tháp này.
Hình 1.2: Kim tự tháp Khufu
Số khối cấu kiện để xây dựng Kim tự tháp Khufu:
+ Ba khối cấu kiện ở tầng giữa thứ nhất.
- 3 -
+ Ba khối cấu kiện ở tầng giữa thứ hai.
+ Một khối cấu kiện ở tầng giữa thứ ba.
+ Một khối cấu kiện màu vàng ở đỉnh.
- Thứ hai là Kim tự tháp Khafra: Mỗi đội sẽ dùng một hoặc hai Robot tự
động để xây dựng Kim tự thá
p Khafra trong thời gian 60 giây.
Hình 1.3: Kim tự tháp Khafa
Số khối cấu kiện để xây dựng Kim tự tháp Khafra:
+ Ba khối cấu kiện ở tầng giữa thứ nhất (1st middle layer).
+ Ba khối cấu kiện ở tầng giữa thứ hai (2nd middle layer).
+ Một khối cấu kiện ở tầng giữa thứ ba (3rd middle layer).
+ Một khối cấu kiện vàng ở đỉnh.
ảng sau đây cho thấy ba giai đoạn và thời gian hoàn thành mỗi giai đoạn.
Giai đoạn 1 Giai đoạn 2
Giai đoạn 3
Kim tự tháp Khufu Khafa Mankaura
Thời gian 90 60 30
Bảng 1: Bảng chia giai đoạn và thời gian thực hiện mỗi giai đoạn
1.3.3. Cách tính điểm
Với từng khối cấu kiện trên mỗi tầng của Kim tự tháp, sai số tối đa cho phép
là 25mm theo phương ngang. Không được phép có sai số trong các phương khác.
Với mỗi khối cấu kiện vuông, trong trường hợp vượt quá sai số cho phép sẽ
không được tính điểm.
Với khối cấu kiện vàng, nếu vượt quá sai số cho phép thì chỉ
được tính một nửa số điểm. Mọi khối cấu kiện, kể cả khối quà đỉnh nếu đặt không
đúng theo phương nằm ngang th
ì sẽ không được tính điểm.
- 5 -
- Kim tự tháp Khufu (22 điểm).
+ Một điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng giữa thứ nhất.
+ Hai điểm cho mỗi
khối cấu kiện ở tầng giữa thứ hai.
+ Ba điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng
giữa thứ ba.
+ Mười điểm cho khối đỉnh tháp m
àu vàng.
- Kim T
ự Tháp Khafra (44 điểm) .
+ Hai điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng giữa thứ nhất.
+ Bốn điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng giữa thứ hai.
+ Sáu điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng giữa thứ ba.
+ Hai mươi điểm cho khối đỉnh tháp màu vàng.
- 6 -
- Khu vực chứa quà (kho chứa các khối cấu kiện) có kích thước dài 2m và
r
ộng 1m .
- Khu vực thao tác công việc là phần Kim tự tháp chưa hoàn chỉnh sau khi đã
s
ếp các khối cấu kiện cố định.
Hình 1.5: Vùng sân thi đấu của Robot bằng tay
Hình 1.6: Hình dạng và kích thước khối cấu kiện cố định
Khu vực chứa khối cấu kiện đội đỏ
Khu vực chứa khối cấu kiện đội xanh
Khu vực thao tác công việc
Khu vực xuất phát đội đỏ
Khu vực xuất phát đội
xanh
- 7 -
- Sau đây là hình dạng và kích thước khối cấu kiện chính để Robot sắp xếp
vào kim tự tháp.
Hình 1.7: Khối cấu kiện chính dùng để xây dựng Kim tự tháp
Hình 1.8: Khối cấu đỉnh Vàng dùng để xây dựng Kim tự tháp
- 8 -
1.3.2. Quy định khi thi đấu
- Giới hạn kích thước của Robot trước khi bắt đầu mỗi trận đấu là 1m(rộng)
x 1m (dài) x 1,5m (cao).
- Ch
ỉ được đặt tối đa bốn khối cấu kiện lên Robot tại vị trí khởi động.
- Sau tiếng còi bắt đầu thi đấu của trọng tài người điều khiển không được
chạm vào Robot ngoài việc thao tác với tay cầm điều khiển.
- Trong quá trình xây d
ựng kim tự tháp Robot bằng tay có thể xâm phạm
ên Robot, có thể dùng điều khiển từ xa, sóng hồng ngoại hoặc sóng âm,
sóng radio là không được phép.
- Robot phải được nối với người điều bằng dây cáp, độ dài tồi thiểu của dây
là 1m, tối da là 3m.
- Kho
ảng cách tối thiểu mà cáp nối với Robot phải cách mặt đất ít nhất 1m.
- Kích thước giới hạn của Robot trước khi khởi động là 1m(rộng) x 1m (dài)
x 1,5m (cao).
- Sau khi kh
ởi động Robot có thể vươn cánh tay trong không gian có đường
kính 2m nhìn từ trên xuống.
- Khối lượng tổng cộng cho tất cả các con Robot trong một đội không được
vượt
quá 50kg.
-
Điện áp cho phép khi Robot hoạt động là không được vượt quá 24VDC.
1.4. CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA ROBOT
Sơ đồ tổng quát của một Robot nói chung:
Hình 1.9: Sơ đồ chung của một Robot
Sơ đồ tổng quát của một con Robot điều khiển bằng tay: Robot bằng tay thông
thường gồm có:
- Tay cầm điều khiển và cáp nối.
- M
ạch điều khiển.
Nút nhấn
Bộ điều khiển
trung tâm
Khối
truyền động
Cơ cấu
thì ta c
ần kết nối nó với một Vi điều khiển khác có trên con Robot và lập trình để
đọc các m
ã từ tay cầm này gửi về.
- Tín hiệu điều khiển trong tay cầm Sony Playstation 2 đều được truyền theo
dạng 8 bit nối tiếp.
Nút nhấn
điều khiển
Bộ điều khiển
trung tâm
Khối
truyền động
Cơ cấu
chấp hành
Công tắc hành trình
- 11 -
Hình 1.12: Sơ đồ đấu nối dây của tay cầm Sony Playstation 2
Tay cầm Sony Playstation 2 có chín đầu ra theo thứ tự từ trái qua phải như
hình 1.12.
- Chân s
ố 1: DATA.
- Chân số 2: COMAND.
- Chân số 3: N/C
- Chân số 4: GND.
- Chân số 5: 5V.
- Chân số 6: ATT.
- Chân số 7: CLOCK.
- Chân số 8: N/C.
- Chân số 9: ACK.
Bảng 2: Số chân có ở đầu ra của tay cầm Sony Playstation 2
- Có các b
ộ chuyển đổi Analog – Digital độ phân giải 8 bit, 10 bit và có
nhi
ều kênh chuyển đổi.
- Có giao thức nối tiếp USART.
- Có giao thức nối tiếp I2C.
- Có giao thức nối tiếp SPI.
Cấu trúc bộ nhớ của AVR
AVR có cấu trúc Harvard, trong đó đường truyền cho bộ nhớ dữ liệu (Data
memory bus) và đường truyền cho bộ nhớ chương trình (Program memory bus)
được tách riêng. Data memory bus chỉ có 8 bit và được kết nối với hầu hết các thiết
bị ngoại vi, với tệp thanh ghi (Register file). Trong khi đó đường truyền cho bộ nhớ
chương tr
ình có độ rộng 16 bits và chỉ phục vụ cho thanh ghi lệnh (Instruction
registers).
Hình 1.16: Cấu trúc bộ nhớ của AVR
- Bộ nhớ chương trình (Program memory): Là bộ nhớ Flash lập trình được,
hay còn gọi là Application section. Thực chất, Application section bao gồm 2 phần:
phần chứa các mã lệnh cho hoạt động của Chip (Instruction) và phần chứa các
- 15 -
Vector ngắt (Interrupt vectors). Các Vector ngắt nằm ở phần đầu của Application
section (t
ừ địa chỉ 0x0000) và dài đến bao nhiêu tùy thuộc vào loại Chip. Phần chứa
Instruction nằm liền sau đó, chương trình viết cho Chip phải được nạp vào phần
này.
- Bộ nhớ dữ liệu (Data memory): Chứa các thanh ghi quan trọng nhất của
Chip, việc lập trình cho Chip phần lớn là truy cập bộ nhớ này. Bộ nhớ dữ liệu trên
các Chip AVR có
độ lớn khác nhau tùy theo mỗi Chip, tuy nhiên về cơ bản phần bộ
nhớ này được chia thành 5 phần:
ộc vào loại Chip).
+ Ph
ần 4: RAM ngoại (External SRAM), các Chip AVR cho phép người sử
dụng gắn thêm các bộ nhớ ngoài để chứa biến, vùng này thực chất chỉ tồn tại khi
nào người sử
dụng gắn thêm bộ nhớ ngoài vào Chip.
+ Ph
ần 5: EEPROM (Electrically ereasable programmable ROM) là một
phần quan trọng của các Chip AVR mới, vì là ROM nên bộ nhớ này không bị xóa
ngay cả khi không cung cấp nguồn nuôi cho Chip, rất thích hợp cho các ứng dụng
lưu trữ dữ liệu. Như trong h
ình 1.16 phần bộ nhớ EEPROM được tách riêng và có
địa chỉ tính từ 0x0000.
Cách thức hoạt động của Vi điều khiển AVR
Hình 1.19 biểu diễn cấu trúc bên trong của một AVR. Ta thấy rằng 32 thanh
ghi Register file
được nối trực tiếp với ALU bằng 2 line. Vì thế mà ALU có thể truy
suất trực tiếp tới 2 thanh ghi Register file trong cùng một chu kỳ xung Clock.
Các lệnh được chứa trong bộ nhớ chương trình Flash memory dưới dạng các
thanh ghi 16 bit. Bộ nhớ chương trình được truy cập trong mỗi chu kỳ xung Clock
và mỗi lệnh chứa trong bộ nhớ chương trình được đưa vào trong thanh ghi lệnh
Instruction register.
Copyright: Tài liệu đại học ©