BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
ooo
PHAN QUỐC HUY
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT THEO CHỦ
ĐỀ VÀ LUẬT THI ROBOCON 2010

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ


Nha Trang, Ngày 12 tháng 06 năm 2010
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ tên: Phan Quốc Huy Lớp: 48CKCD
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
Hiện vật:
Nhận xét

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)
LỜI CẢM ƠN
Cứ sau mỗi chặng đường đi qua, chúng ta lại thấy được mình lớn hơn và vững vàng
hơn nhiều trong kiến thức cũng như năng lực. Chặng đường vừa qua là chặng đường
bốn năm đầy thử thách dưới mái trường Đại học Nha Trang. Nơi đây đã không chỉ đơn
giản cung cấp cho chúng ta kiến thức khoa học kĩ thuật mà quý hơn cả là đã nhóm lên
cho chúng ta ngọn lửa yêu khoa học và rèn luyện cho chúng ta một nghị lực, bản lĩnh
để làm hành trang cho mỗi chúng ta bước vào đời.
Xin mãi ghi nhớ công ơn của tất cả Quý thầy cô đã dìu dắt chúng ta từ buổi học vỡ
lòng cho đến ngày hôm nay.
Kính lời cảm ơn thầy cô của Khoa, đã dành nhiều tình cảm tốt đẹp đối với chúng
em và tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em học tập tốt.

Hình 1.17: Hình dáng một vài loại bánh xe robot
Hình 1.18: Động cơ Hàn Quốc
Hình 1.19: Động cơ gạt nước
Hình 1.20: Một số loại khác
Hình 1.21: Sơ đồ chân của ATmega32
Hình 1.22: Sơ đồ khối
Hình 1.23: Sơ đồ chân I/O
Hình1.24: Bảng trạng thái I/O
Hình 1.25: Sơ đồ khối timer 8 bits
Hình 1.26: Sơ đồ khối timer 16 bits
Hình 1.27: Sơ đồ thời gian của chế độ CTC
Hình 1.28: Sơ đồ thời gian của chế độ Fast PWM
Hình 1.29: Sơ đồ thời gian của chế độ Phase corect PWM
Hình 1.30: Sơ đồ chân của AT90S2313
Hình 1.31: Hình dáng và cấu tạo bên trong encoder
Hình 1.32: Tín hiệu đầu ra của Encoder
Hình 1.33: Cấu tạo và biểu đồ xung của một encoder quang tương tự 16 bits
Hình 1.34: Sơ đồ nguyên lý của một loại photoelectric switch
Hình 1.35: Hình ảnh thực tế của một loại photoelectric switch
Hình 2.1: Hình dáng và kích thước kim tự tháp Khafra
Hình 2.2: Kích thước hình dáng khối cấu kiện cố định trên Kim tư tháp
Hình 2.3: Hình dáng, kích thước khối cấu kiện chính
Hình 2.4: Hình dáng, kích thước khối cấu kiện đỉnh
Hình 2.5: Bản vẽ bố trí chung (a), bản vẽ cách đặt cấu kiện (b)
Hình 2.6: Bản vẽ cách đặt cấu kiện (a), bản vẽ bố trí chung (b)
Hình 2.7: Khu vực xuất phát
Hình 2.8 Bản vẽ cách đặt cấu kiện (a), bản vẽ bố trí chung (b)
Hình 2.9: Bản vẽ đế
Hình 2.10: Bánh xe tự lựa
Hình 2.11: Bản vẽ bộ phận ngã quà

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 31
2.1. Phương pháp nghiên cứu 32
2.2. Nội dung nghiên cứu 33
2.2.1. Xây dựng phương án 33
2.2.2. Lựa chọn phương án chế tạo 40
2.2.3. Thiết kế phần cơ khí 40
2.2.4. Thiết kế phần điện 46
2.2.5. Phần mạch điện 46
a. Khối mạch Vi điều khiển 46
b. Khối mạch công suất 52
c. Sơ đồ mạch đầy đủ 55
2.3. Sơ đồ giải thuật lập trình 57
2.3.1. Chương trình chính 57
2.3.2. Chương trình retry 58
2.3.3. Chương trình tính giá trị trung bình mắt dò đường 59
2.3.4. Chương trình chạy thẳng 61
2.3.5. Chương trình chỉnh vạch 63
2.3.6. Chương trình nhận nút nhấn dùng 74148 65
2.3.7. Chương trình đếm vạch 66
2.3.8. Chương trình chạy thẳng từ khu xuất phát đến kim tượng tháp 68
2.3.9. Chương trình chỉnh quà tầng 1 …71
2.3.10. Chương trình đặt quà đỉnh 73
2.3.11. Kiểm tra quà đỉnh đã đặt đúng vị trí chưa và xử lí 75
2.3.12. Chương trình phương án 1 78
Chương 3 THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 83
3.1. Thử nghiệm 84
3.1.1. Với quá trình thiết kế và chương trình như đã nêu trên trong quá trình thửnghiệm
mắc phải một số lỗi 85
3.2.2. Cách khắc phục 85
Chương 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 86

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 để có thể áp dụng tất cả các kiến thức mình đã học cả về
cơ khí, mạch điện và lập trình mới có thể hoàn thành một robot, thông qua sân chơi này
sinh viên được giao lưu học hỏi các sinh viên trường khác để hoàn thiện các kiến thức
mình đã được học trong bốn năm đại học. Và chính vì lý do đó nhóm chúng em được
nhận đề tài tốt nghiệp “Thiết kế, chế tạo Robot theo chủ đề và luật thi robocon
2010” dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Nhận, thầy Vũ Thăng Long, thầy
Nguyễn Văn Định, thầy Trần Văn Hùng và thầy Đỗ Quốc Chí.
Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện đồ án do hạn chế về kiến thức, kinh nghiệm
nên không thể tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự góp
ý của Quý thầy, để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp và nhiệm vụ học tập tại trường.
Nha Trang, ngày 12 tháng 6 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Lê Minh Vương

2 Chương 1
GIỚI THIỆU CHUNG
3
1.1. Giới thiệu cuộc thi sáng tạo Robot
Robocon, viết tắt của chữ “Robot Contest”, là cuộc thi sáng tạo robot Châu Á

khiển trung
tâm
Cơ c
ấu chấp
hành
Công t
ắc
hành trình
Encoder
C
ảm biến d
ò
đường
C
ảm biến
khác
LED
4
1.3. Chủ đề và luật thi Robocon năm 2010
1.3.1. Giới thiệu về chủ đề
Cuộc thi sáng tạo Robot 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 3 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 3 Kim tự tháp nhanh nhất. Trong vòng 3 phút, đội đỏ và đội xanh sẽ thi đấu với

• 3 khối cấu kiện ở tầng giữa thứ 1 (1st middle layer).
• 3 khối cấu kiện ở tầng giữa thứ 2 (2nd middle layer).
• 1 khối cấu kiện ở tầng giữa thứ 3 (3rd middle layer).
• 1 khối cấu kiện vàng ở đỉnh.

Hình 1.3: Kim tự tháp Khufu
- Thứ hai là Kim tự tháp Khafra sẽ do một hoặc hai Robot tự động trong thời gian
60 giây xây dựng:
• 3 khối cấu kiện ở tầng giữa thứ 1 (1st middle layer).
• 3 khối cấu kiện ở tầng giữa thứ 2 (2nd middle layer).
• 1 khối cấu kiện ở tầng giữa thứ 3 (3rd middle layer).
• 1 khối cấu kiện vàng ở đỉnh.
Hình 1.4: Kim tự tháp Khafra
6
- Cuối cùng là việc hoàn thành Kim tự tháp Mankaura do một Robot tự động
trong thời gian 30 giây để đặt:
• 1 khối cấu kiện ở tầng giữa.
• 1 khối cấu kiện vàng ở đỉnh.
Robot này phải xây dựng theo một trình tự sau trước khi cánh tay Robot chạm
vào khối đỉnh phải hoàn thành tầng dưới của Kim tự tháp Mankaura.

Hình 1.5: Kim tự tháp Mankaura
Đội nào hoàn thành việc xây dựng 3 Kim tự tháp trước là đội “Robo-Pharaoh” và
là đội chiến thắng. Trong trường hợp không có đội nào giành được “Robo-Pharaoh”
thì phần thắng sẽ thuộc về đội có số điểm cao hơn.
1.3.3. Quy định cho trận đấu
 Mỗi trận đấu kéo dài 3 phút.
 Mỗi trận đấu được chia thành 3 giai đoạn.
 Robot điều khiển bằng tay có thể được nạp (trước khi bắt đầu trận đấu) tối đa là
4 khối cấu kiện.

8
 Các Kim tự tháp phải được xây lần lượt từ tầng này đến tầng khác, có nghĩa là
trước khi đặt tất cả các khối cấu kiện của một tầng vào đúng vị trí (trong phạm vi sai số
cho phép là 25mm) thì không được phép đặt cấu kiện lên bất kì tầng nào phía trên.
 Việc xây hai tầng của kim tự tháp cùng một lúc là không được phép:
 Trọng tài sẽ không can thiệp nếu robot của các đội đặt cấu kiện sai luật hoặc
sai vị trí (nằm ngoài phạm vi sai số cho phép 25mm). Trong trường hợp đó các đội có
thể xin retry. Tuy nhiên, đối với khối cấu kiện Vàng các trọng tài sẽ bỏ nó xuống trong
hai trường hợp sau:
 Khi tất cả các khối cấu kiện ở một tầng nào đó bị đặt sai luật hoặc nằm
ngoài phạm vi sai số cho phép.
 Khi khối cấu kiện Vàng được đặt theo cách mà không được tính điểm số.
Trong những trường hợp trên đội chơi được phép retry.
 Trong trường hợp tất cả các khối cấu kiện ở một tầng nào đó được đặt đúng luật
và đúng vị trí (trong phạm vi sai số 25 mm), trọng tài sẽ giương cờ để báo tầng đó
được hoàn thành.
 Không chỉ không có điểm cho những khối cấu kiện ở vị trí không chính xác
(ngoài phạm vi sai số cho phép 25mm) mà trong trường hợp này, ngay cả những khối
cấu kiện ở tất cả các tầng trên nó, dù có nằm đúng vị trí hay không, cũng đều không
được tính điểm.
1.3.4. Thiết lập robot
 Có hai phút để các đội thiết lập cho tất cả các robot trước khi bắt đầu mỗi trận
đấu. Điều này bao gồm nạp sẵn (để cấu kiện vào robot) và sắp xếp các khối cấu kiện
trong kho.
 Mỗi đội có ba thành viên có thể tham gia vào các thiết lập robot.
 Nếu một đội không hoàn tất thiết lập robot trong hai phút thì có thể tiếp tục
công việc đó khi mà trận đấu được bắt đầu.
 Trong một trận đấu:
9
 Một thành viên trong đội có trách nhiệm khởi động và điều khiển Robot

25mm theo phương ngang. Không được phép có sai số trong các phương khác.
Với mỗi khối cấu kiện thường, 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 đỉnh vàng nếu đặt không theo phương
nằm ngang thì sẽ không được tính điểm.
- Kim tự tháp Khufu (22 điểm)
 1 điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng thứ nhất.
 2 điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng thứ hai.
 3 điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng thứ ba.
 10 điểm cho khối đỉnh tháp vàng.
- Kim Tự Tháp Khafra (44 điểm).
 2 điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng thứ nhất.
 4 điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng thứ hai.
 6 điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng thứ ba.
 20 điểm cho khối đỉnh tháp vàng.
- Kim tự tháp Mankaura (24 điểm).
 4 điểm giành cho một khối cấu kiện tại lớp giữa.
 20 điểm giành cho khối cấu kiện vàng trên đỉnh.
- Kết quả của trận đấu sẽ được công bố sau 3 phút thi đấu như sau:
 Tổng số điểm ghi được của mỗi đội sẽ được công bố sau khi đã trừ đi các điểm
phạm luật.
 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.
 Phần thắng sẽ thuộc về đội có điểm số cao hơn đội kia.

11
1.4. Cơ sở lý thuyết
1.4.1. Phần cơ khí
a. Giới thiệu dụng cụ cơ khí chính
 Ê-tô

chính xác tương đối cao.
+ Những chi tiết không đặt được vào trong khoan bàn.
 Bên cạnh đó, chúng ta có nhiều mũi khoan với kích thước đường kính khác
nhau từ 1mm đến 16mm, các mũi khoét từ 15mm đến 38mm.
 Cưa và máy cắt
 Máy cắt tay:
- Cách sử dụng:
+ Máy có phần lưỡi cắt tháo lắp được
dễ dàng.
+ Ví trí đặt tay cầm gần với nút khởi
động của máy.
- Công dụng:
+ Cắt vật liệu như nhôm, phíp, mika, inox…
+ Linh hoạt trong việc cưa, cắt.
+ Mặt khác có thể dùng để mài nhẵn các chi tiết.
 Cưa máy: - Cách sử dụng:
+ Trước khi cưa, điều chỉnh góc cưa như mong muốn, có tay cầm điều chỉnh góc,
cần vặn chặt tay cầm này khi cưa tránh trường hợp góc cưa bị xê dịch trong khi cưa.
Hình 1.9: Mũi khoét
Hình 1.11: C
ưa m
Hình 1.14: Giũa
Hình 1.13: M
ột v
ài lo
ại k
ìm

Hình 1.15: M
ột v
ài lo
ại th
ư
ớc

Hình 1.16: Kìm bấm rive thước
14
 Kìm bấm Rive
- Cách sử dụng:
+ Khoan lỗ đường kính 3mm hay 4mm.
+ Gắn đinh rivê có đầu to vào lỗ.
+ Gắn đầu kìm bấm rivê vào phần nhỏ và dài của đinh rivê.
+ Bóp tay cầm kìm bấm rivê đến khi nào đinh rivê gãy phần thân dài.
+ Trong quá trình bóp tay cầm kìm rivê, đầu kìm luôn tiếp xúc sát phần đầu to của
đinh rivê.
- Công dụng:
Hình 1.17: Hình dáng một vài loại bánh xe robot
(a)- Bánh xe truyền động trực tiếp nhờ động cơ có hộp giảm tốc.
(b)- Bánh xe có rãnh truyền động đai
 Động cơ điện một chiều: là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều.
- Cấu tạo:
Gồm có 3 phần chính:
+ Stator (đứng yên) là phần cảm sinh ra từ trường trong mạch từ của động cơ
điện một chiều thường một hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện.
+ Rotor (quay) là phần ứng có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện
một chiều.
+ Cổ góp, chổi than là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện
trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục.
(a
)

(
b)