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 tốn :
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
4 – Các bản vẽ :
--------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
5 – Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN THANH BÌNH
6 – Ngày giao nhiệm vụ :
7 – Ngày hồn thành nhiệm vụ :
Giáo viên hướng dẫn Thông qua bộ môn

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Giáo viên hướng dẫn Đồ án tốt nghiệp
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Sinh Viên Thực Hiện
LÊ TẤN MINH

Đồ án tốt nghiệp
LỜI CẢM TẠ
Tập đồ án được hồn 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 sau 5
năm học đại học
Đó là sự đóng góp tích cực về vật chất, sự ủng hộ động viện tinh thần về
phía gia đình – đã hình thành một chỗ dựa vững chắc. Em sẽ mãi mãi ghi nhớ.
Được học môn vi xử lý và các môn khác cùng với sự trực tiếp hướng dẫn
nhiệt tình của thầy Nguyễn Thanh Bình giúp em thực hiện đề tài. Xin chân
thành cảm ơn.
Trong số kiến thức mà em đạt được có sự đóng góp của nhiều thầy cô,
cùng với sự giúp đỡ, những lời động viên đúng lúc trong khi học và trong thời
gian thực hiện đề tài của các bạn sinh viên Khóa 95 KĐĐ, có lẽ em không thể
nào quên.
Thủ Đức Ngày 28 Tháng 02 Năm 2000
Sinh Viên Thực Hiện
LÊ TẤN MINH

Đồ án tốt nghiệp
Chương 1

Đồ án tốt nghiệp
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng nhanh góp phần nâng cao năng suất lao
động. Đặt biệt sự ra đời và phát triển của công nghệ chế tạo Robot nhằm tạo ra sự tự động
hóa trong quá trình sản xuất giảm đi sức lao động bằng chân tay của người lao động

• Thiết kế mạch điều khiển cánh tay máy
• Xây dựng những chương trình tiêu biểu

1.4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Thực hiện đề tài “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY
MÁY NĂM BẬC TỰ DO” là một công việc để người thực hiện đề tài nghiên cứu kỹ khái
niệm mô hình, nguyên lý làm việc cũng như tập lệnh của vi xử lí.
Sản phẩm của đề tài trước hết có thể được ứng dụng vào phương tiện giảng dạy tại
trường; và nếu được phát triển rộng, đi sâu hơn thì có thể ứng dụng vào trong thực tế sản
xuất công nghiệp,và đặc biệt cung cấp một cái nhìn tổng quát về vi xử lí và tay máy công
nghiệp.

Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 2

Đồ án tốt nghiệp
2.1 DÀN Ý NGHIÊN CỨU
• Giới thiệu tổng quát về tay máy
• Thiết kế mạch điều khiển cánh tay máy
• Xây dựng phần mềm
• Thi công
• Hướng dẫn thao tác
2.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Chủ yếu là mô hình cánh tay máy được gia công
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

ty của Nhật , 90 công ty của các nước Tây Âu, 30 công ty của Mỹ và một số công ty ở Nga,
Tiệp …
Theo chủng loại, mức độ điều khiển, và khả năng nhận biết thông tin của tay máy -
người máy đã được sản xuất trên thế giới có thể phân loại các IR thành các thế hệ sau:
Thế hệ 1 : thế hệ có kiểu điều khiển theo chu trình dạng chương trình cứng 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 lồi
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 định nghĩa chính xác về robot, và cứ
hai năm một lần trên thế giới người ta lại tổ chức một hội nghị 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 Hình 3.1 : Sơ đồ cấu trúc và chức năng của robot
Trong sơ đồ trên các đường chỉ thị mối quan hệ thông tin thuận , thông tin chỉ
huy thực hiện nhiệm vụ cho robot. Các đường chỉ mối liên hệ thông tin ngược, thông

Hệ thống chịu lực
Hệ thống cảm biến tín
hiệu
Môi trường
Bên ngoài
Liênhệ ngược
Liên hệ nguợc
Đồ án tốt nghiệp
3. Chuyển động duổi ra hay co vào của cánh tay (chuyển động của khớp khuỷu tay)
4. Chuyển động lật lên xuống của bàn tay so với cổ tay;
5. Chuyển động quay ngược hay thuận chiều kim đồng hồ của bàn tay so với cổ tay.
So với chuyển động của tay người (không tính đến chuyển động của các ngón tay) có 10
bậc tự do (10 khả năng chuyển động độc lập) tay máy trên là loại có đủ khả năng nắm bắt
một vật bất kỳ trong không gian.
Tay máy công nghiệp thường có các bộ phận chính sau:
- Hệ thống điều khiển;
- Hệ thống chấp hành : Bao gồm Các nguồn động lực, hệ thống truyền động, hệ thống
chịu lực;
- Bàn kẹp :
Bàn kẹp là bộ phận công tác cuối cùng của tay máy ,nơi cầm nắm các thiết bị cộng
nghệ hay vật cần duy chuyển, bộ phận chấp hành _ phần kết cấu cơ khí của tay máy bao
gồm các loại động cơ như : các động cơ thủy lực, khí nén, cơ cấu servo điện tử, động cơ
bước mỗi chuyển động của IR thường có một động cơ riêng và các thanh chịu lực. Hệ thống
điều khiển - thường là loại đơn giản làm việc có chu kỳ vận hành theo nguyên lý của hệ
thống điều khiển hở hoặc kín.
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

khâu 3 được xác định bở hai chuyển động tịnh tiến và một chuyển động quay (tức là hai tọa
độ dài một tọa độ gốc)
Phối hợp RTR, RRT hay TTR nghĩa là hai khớp tịnh tiến và hai khớp quay (các cấu
trúc 5, 6, 7, 8, 9 và 10). Đây là cấu trúc hoạt động trong hệ tọa độ cầu so với hệ S
0
, vì điểm
M trên khâu 3 được xác định bởi một chuyển động tịnh tiến và hai chuyển động quay (tức là
một tọa độ dài, hai tọa độ góc)
Phối hợp RRR nghĩa là ba khớp quay (các cấu trúc 11,12) đây là các cấu trúc họat
động trong hệ tọa độ góc so với hệ S
0
vì điểm M trên khâu 3 được xác định bởi ba chuyển
động quay (tức là ba tọa độ góc), cấu trúc này được gọi là cấu trúc phỏng sinh học.
Tuy nhiên trong thực tế, đối với các tay máy chuyên dùng hay chuyên môn hóa 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 định vị trí.
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 bị 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 tốn 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.

Đồ án tốt nghiệp
Các bộ phận an tồn giúp tay máy hoạt động tốt khi làm việc và ngay cả khi mất

Hạ cánh tay
Mở hàm kẹp
1.2
s
Nâng cánh tay
Xoay đế về vị trí đầu, xoay
nghịch cổ, hạ khuỷu và cánh tay
1
s
Đồ án tốt nghiệp
1.5s
Hình 3.4 : Sơ đồ mô tả hoạt động của ROBOT L2001
3.5 TRANG BỊ ĐIỆN TRONG ROBO l2001
3.5.1. Giới thiệu động cơ công tác:
Mạch động lực bao gồm 5 động cơ công tác, trong đó 4 động cơ tải 3W ,một động
cơ làm nhiệm vụ kẹp và mở, công suất 3,5 W khả năng chịu quá tải 2s  các động cơ được
đánh số từ 1 đến 5.
Động cơ 1 : đóng mở hàm kẹp.
Động cơ 2 : xoay thuận nghịch cổ tay.
Động cơ 3 : xoay thuận nghịch khớp khuỷu tay.
Động cơ 4 : xoay thuận nghịch khớp cánh tay.
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:


O u
Hình 3.6 : Giản đồ biểu thị mối quan hệ giữa điện áp và tốc độ động cơ
Qua giản đồ trên ta thấy tốc độ động cơ tỉ lệ thuận với điện áp nguồn cung cấp .
Để đảm bảo động cơ chạy ổn định khi thiết kế nên chọn bộ nguồn có điện áp tải 2
đến 3A.
3.5.3 CÁC CỔNG NỐI KẾT VÀ CÁC HỆ THỐNG HIỂN THỊ CỦA
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

Đồ án tốt nghiệp
Do đó khi nối kết với với bên ngồi phải đảm bảo cách ly riêng biệt từng cặp như đã
đánh số ở trên
* Cơ cấu hiển thị.
Tay máy L2001 có các hệ thống hiển thị 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 vị trí cố định, vì vậy để chuyển
sản phẩm đến một khâu khác đòi hỏi phải có hệ thống băng tải.

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

Đồ án tốt nghiệp
4. 2 ĐỊNH NGHĨA CÁC CHÂN VI XỬ LÍ
Vi xử lí (microproccesser) là một thiết bị bán dẫn chứa các mạch logic điện tử đuộc
chế tạo theo công nghệ LSI hoặc VLSI. Vi xử lí có khả năng thực hiện các chức năng tính
tốn và tạo ra các quyết định làm thay đổi trình tự thi hành chương trình. vi xử lí là một thiết
bị logic lập trính đuợc, được thiết kế bằng các thanh ghi, các flip_flop và các phần tử định
thời. Vi xử lí có một tập lệnh được thiết kế bên trong,đễ xử lí dữ liệu và truyền thông với
các thiết bị ngoại vi. Có nhiều loại vi xử lí và cũng có nhiều hãng chế tạo vi xử lí (Intel,
Zilog, Motorola)
8085 là một bộ vi xử lí 8 bit do Intel sản xuất , đầu tiên vào năm 1977. Nó có khả
năng định địa chỉ cho bộ nhớ tới 64Kbyte. thiết bị này có 40 chân, dạng DIP, đòi hỏi nguồn
đơn +5v. Hình trình bày sơ đồ chân của bộ vi xử lí 8085. Tồn bộ các tín hiệu có thể được
phân thành 6 nhóm:
(1) Tuyến địa 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

C ontrol
and
Status Signals
+5V
AD7

32
31
11
18
35
39
36
2121
1 2
5
4
6
7
8
9
10
40 20
ALE
S0
S1
IO/M
RD
WR
INTA
HLDA
High Outer
Address Bus
Multiplexed
Address/Data Bus
Serial

địa chỉ thấp có thể được tách ra từ các tín hiệu này nhờ sử dụng một mạch chốt (latch)
 Các tín hiệu điều khiển và trạng thái

8085
C LK(OUT)
RESET(OUT)
A11
S0
AD6
22
INTA
Vss
AD2
3 HLDA
32
35
38
15
5
S1
AD5
21
24
18
7
RST5.5
IO/M
X2
RST7.5
AD1

16
Vcc
36
14
RST6.5
20
23
26
A9
A14
ALE
AD7
25
A8
A13
TRAP
27
33
12
AD3
34
RESET IN
8085 Pinout

Đồ án tốt nghiệp
Nhóm các tín hiệu này bao gồm hai tín hiệu điều khiển (RD và WR), 3 tín hiệu trạng
thái (IO/M, S

và S
0
: Status đây là các tín hiệu trang thái, tương tự IO/ M, có thể xác định các hoạt
động khác nhau ,nhưng chúng hiếm khi được sử dụng trong các hệ thống nhỏ.
Tồn bộ các hoạt động và cá tín hiệu trạng thái liên kết được liệt kê trong bảng 4.1
 Nguồn cung cấp và tần số xung đồng hồ
∗ Vcc : nguồn cung cấp +5V
∗ Vss : tham chiếu đất (mass )
∗ X
1
và X
2
: một thạch anh (hoặc mạng RC, LC ) được nối tại hai chân này
Mỗi chủng loại 8085 điều có tần số tối đa cho phếp đưa vào hai chân này
6MHZ : đối với 8085A
10MHZ : đối với 8085A-2
12MHZ : đối với 8085A-1
tần số đưa vaò từ X
1
,X
2
được chia 2 bên trong vi xử lí
∗ CLK (out) - Clock Output : ngõ ra xung đồng hồ .Cung cấp các tín hịêu xung đồng hồ
cho các thành phần khác thuộc hệ thống .Nó có cùng tần tần số với xung đồng hồ bên trong
vi xử lí .
Do đó :
fx
1
x
2

Để đáp ứng yêu cầu HOLD, vi xử lí có một tín hiệu gọi là HLDA (Hold Acknowledge)
∗ RESET IN : Khi tín hiệu trên chân này xuống mức logic thấp,bộ đém chương trình được
đặt lại về không, các tuyến ở trạng thái tổng trở cao và vi xử lí bị đặt lại (reset)
∗ RESET OUT : Tín hiệu này chỉ thị rằng vi xử lí đang đặt lại.Tín hiệu này có thể được sử
dụng để đặt lại các thiết bị khác.
Các tín hiệu khác ,xem Bảng 4.2
Bảng 4.2 : Các ngắt và các tín hiệu khởi tạo bên ngồi 8085
• INTR (Vào ) : Interrupt Request
Tín hiệu này được sử dụng như là một bộ ngắt phổ dụng(general purpose interrupt), nó
tương tự với tín hiệu INT của 8085A
• INTA (Ra) : Interrupt Acknowledge
Tín hiệu này dùng để trả lời một ngắt
• RST 7.5 (Vào) : Restart Interrupt;
RST 6.5
RST 5.5
Đây là các ngắt có định hướng (vectored interrupt) và che được.Chúng có quyền ưu tiên ngắt
cao hơn INTR. Trong số ba ngắt này, thứ tự ưu tiên là RST 7.5,RST 6.5 và 5.5
TRAP (Vào)
Đây là một ngắt không che được và có quyền ưu tiên cao nhất
Lọai ngắt Ô nhớ để gọi ngắt
1. TRAP 0024