BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
***** TRƯƠNG BÁ DOANH
THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY
THAM GIA ROBOCON 2010
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: CƠ ĐIỆN TỬ Nha Trang, ngày 25 tháng 05 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Trương Bá Doanh NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ tên : Trương Bá Doanh Lớp: 48CTU
Chuyên ngành: Công nghệ Cơ- Điện Tử Mã ngành:
Tên đề tài : “Thiết kế chế tạo Robot tham gia cuộc thi Robocon 2010” Số trang………………, số chương…………… , tài liệu tham khảo
Hiện vật:
Nhận xét
Nhận xét
Kết 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
2.3.1. Thiết kế cơ khí
2.3.2. Thiết kế mạch điện 51 -
2.3.3 Lập trình điều khiển
2.4. CHẾ TẠO CÁC PHẦN VÀ LẮP RÁP ROBOT
CHƯƠNG III: THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
3.1. NHỮNG LỖI PHÁT SINH SAU KHI THỬ NGHIỆM TRÊN SÂN
3.2. CÁCH KHẮC PHỤC VÀ SỬA CHỮA LỖI
3.3. KẾT QUẢ SAU KHI KHẮC PHỤC VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN
3.3.1. Kết quả khắc phục :
3.3.2 Hướng phát triển
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
4.1. KẾT LUẬN
4.2. ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC HÌNH SỬ DỤNG TRONG BÁO CÁO
Trang
Hình 1.1: Tổng quan sân thi đấu Robocon 2010
Hình 1.2: Kim tự tháp Khufu
Hình 1.3: Kim tự tháp Khafa
Hình 1.4: Kim tự tháp Mankaura
Hình 1.5: Vùng sân thi đấu của Robot bằng tay - 6 -
Hình 1.6: Hình dạng và kích thước khối cấu kiện cố định……………………… 7-
Hình 1.7: Khối cấu kiện chính dùng để xây dựng Kim tự tháp - 7 -
Hình 1.8: Khối cấu đỉnh Vàng dùng để xây dựng Kim tự tháp - 7 -
Hình 1.9: Sơ đồ chung của một Robot - 9 -
Hình 1.10: Sơ đồ chung của Robot điều khiển bằng tay - 10 -
Hình 1.11: Hình dạng bên ngoài của tay cầm Sony Playstation 2 - 58 -
Hình 1.38: Linh kiện ULN2803 - 28 -
Hình 1.39: Linh kiện IRF540 - 28 -
Hình 1.40: Rơ le - 28 - Hình 1.41: Cấu tạo của động cơ DC - 28 -
Hình 1.42: Nguyên tắc hoạt động của động cơ DC - 28 -
Hình 1.43: Động cơ DC KM3448 - 28 -
Hình 1.44: Động cơ gạt nước - 28 -
Hình 1.45: Một bộ nhông, đĩa và xích - 28 -
Hình 1.46: Bộ truyền đai - 28 -
Hình 1.47: Các loại bánh được sử dụngtrong Robot - 28 -
Hình 1.48: Công tắc hành trình thường thấy trong Robocon - 28 -
Hình 2.1: Robot điều khiển bằng tay phương án 1 - 40 -
Hình 2.2: Robot điều khiển bằng tay phương án 2 - 42 -
Hình 2.3: Robot điều khiển bằng tay phương án 3 - 43 -
Hình 2.4: Bản vẽ khâu trượt đế của Robot bằng tay - 45 -
Hình 2.5: Bản vẽ khối gỗ nằm ngang đỡ phần thân Robot - 45 -
Hình 2.6: Bản vẽ con lăn trượt đế - 46 -
Hình 2.7: Bản vẽ nhôm tấm dùng để giữ hai đầu con lăn - 46 -
Hình 2.8: Đĩa xích - 47 -
Hình 2.9: Nhông xích gắn 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 lăn trong cơ cấu nâng hạ cánh tay Robot - 49 -
Hình 2.12: Tang đẩy quà làm từ phôi nhựa - 49 -
Hình 2.13: Khâu lấy quà của Robot điều khiển bằng tay
Hình 2.14: Cánh tay phía trên của Robot
Hình 2.15: Cánh tay phía dưới của Robot
Hình 2.16: Nhông gắn trên trục đẩy quà
Hình 2.17: Mô phỏng Robot điều khiển bằng tay
ngày càng hạn chế, thay vào đó con người chỉ chế tạo và điều khiển các máy móc
để thực hiện công việc của mình. 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
đã 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
một 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 hoàn 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 Th.S Vũ
Thăng Long,thầy Th.s Nguyễn Hữu Thật, thầy Trần Văn Hùng, thầy Đỗ Quốc Chí
và thầy Nguyễn Văn Định.
Do sự 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 -
Robot và cũng đã đạt được những thành tích nhất định.
Cuộc thi sáng tạo Robocon châu Á - Thái Bình Dương 2010, được tổ chức
tại Cairo-Ai Cập với chủ đề là: Robo-Pharaohs xây Kim tự tháp (Robo-Pharaohs
Build Pyramid).
Ý tưởng này được dựa trên việc một cỗ máy thời gian ảo đưa những người
thợ xây dựng Kim tự tháp của Ai Cập vào trong phòng học của các trường kĩ thuật.
Mục tiêu mới là xây dựng các phần của ba Kim tự tháp theo trình tự. Các thành viên
trong đội phải có sự nhanh nhẹn, chính xác và phối hợp tốt. Họ phải tuân theo quy
định không được sử dụng bất kỳ một vật liệu kết dính nào giữa các khối cấu kiện.
Đội chiến thắng gọi là “Robo-Pharaoh” là đội hoàn thành việc xây dựng các phần
của ba Kim tự tháp nhanh nhất. Trong vòng ba phút, hai đội sẽ thi đấu với mục đích
tạo dựng lại một trong bảy kỳ quan của thế giới.
1.2. GIỚI THIỆU LUẬT CỦA CUỘC THI SÁNG TẠO ROBOT 2010
1.2.1 Tổng quan về sân thi đấu
- Sân thi đấu bao gồm 2 vùng tự động, 1 vùng điều khiển bằng tay và 3 Kim
tự 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
tự 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
1.2.2. Quy định cho trận đấu
- Mỗi trận đấu kéo dài 3 phút.
- Mỗi trận đấu được chia thành ba giai đoạn.
- Robot điều khiển bằng tay có thể được nạp (trước khi bắt đầu trận đấu) tối
đa là bốn khối cấu kiện.
- Mỗi Robot tự động có thể được nạp (trước khi bắt đầu trận đấu) một số cấu
kiện tuỳ ý.
- Mỗi giai đoạn được dành để xây dựng một Kim tự tháp.
- Chỉ có một Robot bằng tay được phép sử dụng.
- Số lượng các Robot tự động được phép sử dụng là 1÷3 Robot.
- Giai đoạn đầu tiên là sử dụng Robot bằng tay xây dựng Kim tự tháp Khufu.
- Giai đoạn thứ hai là sử dụng một hoặc hai Robot tự động để xây dựng Kim
tự tháp Khafra.
- Giai đoạn thứ ba là sử dụng một Robot tự động để xây dựng Kim tự tháp
Mankaura.
- Bảng sau đây cho thấy ba giai đoạn và thời gian hoàn thành mỗi giai đoạn. Giai đoạn 1
Giai đoạn 2
Giai đoạn 3Kim tự tháp
Khufu
+ 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.
- Kim tự tháp Mankaura (24 điểm).
+ Bốn điểm giành cho một khối cấu kiện tại lớp giữa.
+ Hai mươi điểm giành cho khối đỉnh màu vàng.
Kết quả của trận đấu sẽ được công bố sau ba phút thi đấu. Tổng số điểm ghi
được của mỗi đội sẽ được công bố sau khi đã trừ đi các điểm phạm luật.
Đội nào hoàn thành việc xây dựng ba Kim tự tháp trước được gọi là đội
“Robo-Pharaoh” và là đội chiến thắng. Trong trường hợp không có đội nào giành
được “Robo-Pharaoh” thi phần thắng sẽ thuộc về đội có số điểm cao hơn. Đội được
tôn vinh là "Robo-Pharaoh" sẽ được cộng thêm 30 điểm có nghĩa là tổng số điểm
đạt được lên tới 120 điểm.
1.3. LUẬT THI ĐẤU CHI TIẾT VÙNG ROBOT ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY
Mỗi Robot bằng tay có thời gian 90 giây để hoàn thiện việc xây dựng Kim tự
tháp Khufu. Đội nào đặt được khối cấu kiện đỉnh màu vàng lên trước là đội giành
chiến thắng trong khu vực Kim tự tháp Khufu .
1.3.1. Giới thiệu vùng sân thi đấu của Robot bằng tay
Vùng thi đấu của Robot bằng tay gồm có những khu vực như sau:
- Vùng được phép hoạt động của Robot điều khiển bằng tay có kích thước
dài 7.5m và rộng 2m.
- Khu vực xuất phát của Robot điều khiển bằng tay có diện tích 1m
2
.
- 6 -
- Khu vực chứa quà (kho chứa các khối cấu kiện) có kích thước dài 2m và
rộng 1m .
x 1m (dài) x 1,5m (cao).
- Chỉ 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 dựng kim tự tháp Robot bằng tay có thể xâm phạm
không gian phía trên của vùng sân Robot tự động.
- Trong khi xây dựng lớp phía dưới không có bất cứ phần nào của Robot
được xâm phạm vào vùng không gian của lớp tiếp theo phía trên nó.
- Chỉ được tiến hành xây dựng tầng tiếp theo khi trọng tài xác định là đã đặt
chính xác lớp phía dưới với sai số cho phép.
- Sai số cho phép khi xây dựng các tầng là khoảng cách giữa các khối cấu
kiện không quá 25mm. Nếu sai số vượt quá thi thao tác tiến hành xây dựng tầng tiếp
theo là không được phép.
- Nếu lớp phía dưới chưa hoàn thành mà xâm phạm khu vực lớp tiếp theo sẽ
bị truất quyền thi đấu giai đoạn đó.
- Đối với việc lắp đặt quà đỉnh, nếu đội nào chiếm được trước sẽ được tiến
hành xây dựng, đội kia không còn quyền tranh chấp và lắp đặt đỉnh chóp này nữa.
- Trường hợp hai đội cùng lúc chiếm được vùng không gian đặt khối cấu
kiện đỉnh thì có thể tranh chấp để xây dựng khối chóp cho đội mình.
- Quy định điểm cho các khối cấu kiện của các tầng như sau:
+ Một điểm cho mỗi cấu kiện đặt vào đúng vị trí ở tầng thứ nhất.
+ Hai điểm cho mỗi cấu kiện đặt vào đúng vị trí ở tầng thứ hai.
+ Ba điểm cho cấu kiện đặt vào đúng vị trí ở tầng thứ ba.
+ Mười điểm cho khối đỉnh chóp khi đặt vào đúng vị trí.
+ Tổng điểm tối đa cho giai đoạn này là 22 điểm.
+ Nếu không đội nào đặt được khối quà đỉnh trong thời gian quy định thì
sẽ tính điểm cho những cấu kiện đã hoàn thành đúng vị trí.
- 9 -
ấp
hành
Công tắc
hành trình Encorder
Cảm biến
dò đường
Cảm biến
khác
- 10 -
- Công tắc hành trình.
- Động cơ điện một chiều.
- Bộ phận truyền động: Bộ truyền động xích, đai…
- Thân chính: khung robot, cơ cấu nâng hạ trụ.
- Cơ cấu lấy và xếp quà.
- Năng lượng (nguồn Pin). Hình 1.10 : Sơ đồ tổng quát của Robot điều khiển bằng tay
1.4.1. Hệ thống nút nhấn điều khiển
Ta sử dụng hệ thống nút nhấn được tích hợp trên tay cầm Playstation 2 của
hãng Sony: Hình 1.11: Hình dạng bên ngoài của tay cầm Sony Playstation 2
Bên trong tay cầm Sony Playstation 2 có tích hợp một Vi điều khiển, các tín
- 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
- 12 -
Hình 1.13: Đọc một byte từ tay cầm Sony Playstation 2 Hình 1.14: Đọc một Frame từ tay cầm Sony Playstation 2
- 13 -
1.4.2. Bộ điều khiển trung tâm
Trong một con Robot bất kỳ thì bộ phận đóng vai trò quan trọng nhất là bộ
điều khiển trung tâm. Đây chính là phần tạo nên “linh hồn” của một con Robot. Bộ
điều khiển trung tâm thực chất là một Board mạch sử dụng Vi điều khiển và những
linh kiện điện tử khác để lập trình điều khiển Robot theo ý muốn của mình.
a. Giới thiệu về Vi điều khiển AVR
AVR là họ vi điều khiển 8 bit theo công nghệ mới, với những tính năng rất
mạnh được tích hợp trong Chip của hãng Atmel theo công nghệ RISC (viết tắt của
Reduced Instructions Set Computer - Máy tính với tập lệnh đơn giản hóa ), nó mạnh
ngang hàng với các họ vi điều khiển 8 bit khác như PIC, Pisoc. Do ra đời muộn hơn
nên họ vi điều khiển AVR có nhiều tính năng mới đáp ứng tối đa nhu cầu của người
sử dụng. So với họ 8051, 89xx thì nó có độ ổn định, khả năng tích hợp, sự mềm dẻo
trong việc lập trình và tiện lợi hơn rất nhiều.
Những tính năng chính của Vi điều khiển AVR
section (từ 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:
Hình 1.17: Thanh ghi 8 bit
+ Phần 1: Là phần đầu tiên trong bộ nhớ dữ liệu, phần này bao gồm 32 thanh
ghi có tên gọi là Register file, hay đơn giản là các thanh ghi. Tất cả các thanh ghi
này đều là các thanh ghi 8 bits như trong hình 1.17. Hình 1.18: Register file
Tất cả các Chip trong họ AVR đều bao gồm 32 thanh ghi Register file có địa
chỉ tuyệt đối từ 0x0000 đến 0x001F. Mỗi thanh ghi có thể chứa giá trị dương từ 0
đến 255 hoặc các giá trị có dấu từ -128 đến 127 hoặc mã ASCII của một ký tự nào
đó. Các thanh ghi này được đặt tên theo thứ tự là R0 đến R31. Chúng được chia
thành 2 phần, phần 1 bao gồm các thanh ghi từ R0 đến R15 và phần 2 là các thanh
ghi R16 đến R31.
Copyright: Tài liệu đại học ©