đồ án tốt nghiệp nghiên cứu thiết kế chế tạo robot tham dự cuộc thi robocon

Với các mẫu thiết kế ban đầu, càng ngày robotcàng được nâng cao về tính năng hoạt động : linh hoạthơn, chính xác hơn, thông minh hơn và đáp ứng nhanh hơn.Từ Robot đầu tiên vào đầu thập n

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU

PHẦN I

THIẾT KẾ ROBOT

1

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ ROBOT

1

1.1 Sơ lược quá trình phát triển

1

1.2 Một số định nghĩa về Robot

5

1.3 Phân loại Robot

7

1.3.1 Phân loại theo mục đích sử dụng

7

1.3.2 Phân loại theo mức độ thông minh

7

1.3.3 Phân loại theo dạng hình học của không gian

hoạt động

8

1.4 Ứng dụng của Robot và một số Robot điển hình 8

1.4.1 Ứng dụng Robot trong công nghiệp

8

1.4.2 Ứng dụng Robot trong phòng thí nghiệm

9

1.4.3 Ứng dụng Robot trong các thao tác cần khuếch đại lực

9

1.4.4 Ứng dụng Robot trong nông nghiệp

9

1.4.5 Ứng dụng Robot trong không gian

9

1.4.6 Ứng dụng Robot trong tàu lặn

9

1.4.7 Ứng dụng Robot trong giáo dục

9

1.4.8 Ứng dụng Robot trong hỗ trợ người tàn tật

9

1.4.9 Ứng dụng Robot trong sinh hoạt và giải trí

9

1.5 Thể lệ cuộc thi

10

1.5.1 Sân thi đấu

10

1.5.2 Thành viên tham gia đội tuyển

11

1.5.3 Các Robot

11

1.5.4 Các bộ phận khác

13

1.5.5 Các trận đấu

1.5.6 Phạm lỗi trừ điểm

15

1.5.7 Truất quyền thi đấu

15

CHƯƠNG II

CÁC PHƯƠNG ÁN

17

2.1 Phương án dò đường theo vạch trắng

17

2.1.1 Mục đích

17

2.1.2 Yêu cầu

17

2.2 Phương án lái và cách bỏ bóng

19

2.2.1 Phương án lái

19

2.2.2 Cách bỏ bóng

26

2.3 Thiết kế cấu trúc cơ khí

26

2.3.1 Đối với Robot bằng tay

26

2.3.2 Đối với Robot tự động

28

CHƯƠNG III

MẠCH BĂM

29

3.1 Sự cần thiết sử dụng mạch băm trong Robot

29

3.2 Sơ lược về mạch băm

29

3.2.1 Khái quát về bộ băm

29

3.2.2 Một số phương pháp băm

31

3.3 Hệ điều áp xung động cơ

32

3.3.1 Bộ biến đổi xung điện áp và sức điện động của nó

32

3.3.2 Đặc tính điều chỉnh của hệ ĐAX - Đ

36

3.4 Giới thiệu IC LM555

40

3.5 Giới thiệu mạch băm dùng IC LM555

42

3.6 Tính toán các thông số

43

3.6.1 Mạch băm dùng cho động cơ khởi động của Robotđiều khiển bằng tay

43

3.6.2 Tính toán các thông số của mạch băm động cơ nâng kính xe ôtô dùng cho các Robot tự động

46

CHƯƠNG IV

CẢM BIẾN BÁM ĐƯỜNG

47

4.1 Giới thiệu mạch cảm biến dò đường sử dụng tia hồng ngoại

47

4.1.1 Mạch cảm biến thứ nhất

47

4.1.2 Mạch cảm biến thứ hai

50

4.1.3 Mạch cảm biến thứ ba

51

PHẦN II

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

54

CHƯƠNG I

KHẢO SÁT VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51

54

1.1 Giới thiệu cấu trúc phần cứng họ MCS - 51 (8051) 54

1.1.1 Giới thiệu họ MCS - 51

54

1.1.2 Sơ đồ khối của AT89C51

56

1.2 Khảo sát sơ đồ chân AT89C51

1.2.1 Sơ đồ chân AT89C51

57

1.2.2 Chức năng của các chân

57

CHƯƠNG II

TỔNG QUAN MÁY ĐIỆN THOẠI

60

2.1 Nguyên tắc cấu tạo máy điện thoại

60

2.2 Chức năng tổng quát của máy điện thoại

60

CHƯƠNG III

GIỚI THIỆU LINH KIỆN

62

3.1 Opto 4N35

62

3.1.1 Mô tả chung

62

3.1.2 Hình dạng và mô tả chân

62

3.2 Vi mạch thuật toán TL

63

3.2.1 Mô tả chung

63

3.2.2 Mô tả chân

3.2.3 Các tính năng kỹ thuật

63

3.3 IC LM567

64

3.4 IC phát ngữ âm ISD1400

66

3.5 IC MT8870

69

3.5.1 Sơ đồ khối

70

3.5.2 Chức năng

70

3.5.3 Cấu hình ngõ vào

70

3.5.4 Khối Dial tone filter

70

3.5.5 Khối Hight Group Filter và Low Group Filter

70

3.5.6 Khối Digital Detection Argorethm

71

3.5.7 Mạch Steering

71

3.5.8 Điều chỉnh thời gian bảo vệ

72

3.5.9 Mạch clock DTMF

CHƯƠNG IV

THIẾT KẾ CHI TIẾT

73

4.1 Khối cảm biến chuông

73

4.1.1 Sơ đồ nguyên lý

73

4.1.2 Nguyên lý hoạt động

74

4.2 Khối kết nối thuê bao

76

4.2.1 Sơ đồ nguyên lý

76

4.2.2 Nguyên lý hoạt động

76

4.2.3 Thiết kế và tính toán

77

4.3 Khối giải mã thu DTMF

78

4.3.1 Sơ đồ nguyên lý

78

4.3.2 Nguyên lý hoạt động

78

4.3.3 Thiết kế và tính toán mạch giải mã thu

79

4.4 Khối giải mã và hiển thị

79

4.4.1 Sơ đồ nguyên lý

79

4.4.2 Nguyên lý hoạt động

80

4.4.3 Thiết kế và tính toán

80

4.5 Khối điều khiển động lực

80

4.5.1 Sơ đồ nguyên lý

80

4.5.2 Nguyên lý hoạt động

81

4.5.3 Thiết kế và tính toán

81

4.6 Khối xử lý trung tâm dùng vi điều khiển AT89C51

82

CHƯƠNG V

THIẾT KẾ PHẦN MỀM

84

Lời nói đầu

Trước khi trình bày đề tài, em xin chân thành cảm ơncác thầy cô trong khoa Điện đã tận tình dạy bảo emtrong suốt 5 năm học vừa qua, đặc biệt là thầy LÂMTĂNG ĐỨC người đã trực tiếp hướng dẫn đề tài tốtnghiệp cho em

Sau đây em xin được trình bày đề tài của mình:

Chúng ta đã được biết nhiều về Robot trên thếgiới nhưng ở Việt Nam vấn đề này vẫn còn rất mớimẻ Cho nên, việc đưa công nghệ Robot vào nước ta đãthực sự trở thành nhu cầu bức xúc ở tất cả các mặtnghiên cứu, đào tạo và ứng dụng Mặc dù chưa cónhững thành tựu đáng kể nhưng có thể nói Robot ViệtNam đã có bước khởi động ấn tượng Trong vài nămgần đây, các nội dung về Robot đã được giảng dạy ởnhiều trường đại học và cao đẳng trong cả nước

Xuất phát từ mục tiêu đó đài truyền hình ViệtNam đã tổ chức thành công cuộc thi Robocon hàng năm,đã thu hút hàng trăm đội từ các trường đại học và caođẳng trong cả nước, đã khơi dậy những ý tưởng sángtạo và lòng say mê của các nhà khoa học tương lai Vớinhững thành công liên tiếp ở ba cuộc thi, sinh viên ViệtNam đã khẳng định trước bạn bè quốc tế ý tưởngsáng tạo không chỉ trong khoa học cơ bản mà cả trongcông nghệ và ý tưởng

Hưởng ứng cuộc thi sáng tạo Robot - Robocon 2005

do đài truyền hình Việt nam tổ chức Chúng em là cácsinh viên khoa Điện, được sự đề cử của khoa, đã thànhlập nên đội Robot AMBK (Bách Khoa Đà Nẵng), tiến hànhnghiên cứu, thiết kế, chế tạo Robot tham dự cuộc thinày Qua cuộc thi này, chúng em đã có dịp ứng dụngcác kiến thức đã học vào thực tế và học tập thêmnhiều kiến thức mới bổ ích Vì thế, chúng em đãchọn đề tài Robot để làm đề tài tốt nghiệp Đồ án

được mang tên: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Robot tham dự cuộc thi ROBOCON 2005”

Đà Nẵng ngày 30 tháng 05 năm 2005

Sinh viên thực hiện TrầnVăn Chay

PHẦN I THIẾT KẾ ROBOT

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ ROBOT1.1 SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN

Cùng với sự phát triển khoa học và kỹ thuật,ngành điều khiển học và tự động hoá đã có nhữngbước tiến quan trọng Quá trình đó góp phần không nhỏvào việc tăng năng suất lao động, giảm giá thành, tăngchất lượng và độ đồng đều về chất lượng, đồngthời tạo điều kiện cải thiện môi trường làm việc củacon người, đặc biệt trong một số công việc có độ antoàn lao động thấp hoặc có tính độc hại cao Ngày nay,các khái niệm " Dây chuyền sản xuất tự động " hay "Robot" - "Người máy" - "Tay máy" đã trở nên quen thuộcvới mọi người Thế nhưng cách đây không lâu, trongnhững thập niên đầu thế kỷ 20 những khái niệm ấymới chỉ là những ý tưởng sơ khai trong trí tưởng tượngphong phú của con người

Năm 1920 lần đầu tiên thuật ngữ Robot xuất hiện trongtác phẩm khoa học viễn tưởng của nhà soạn kịchKapek Với các mẫu thiết kế ban đầu, càng ngày robotcàng được nâng cao về tính năng hoạt động : linh hoạthơn, chính xác hơn, thông minh hơn và đáp ứng nhanh hơn.Từ Robot đầu tiên vào đầu thập niên 60 theo mẫuVersatran của công ty AMF (American Machine Foundry) hoạtđộng theo chương trình định trước, cho đến các dạngRobot tự thích nghi, đủ thông minh để tự giải quyếtnhiệm vụ mà con người đặt ra cho nó trong điều kiệnthay đổi của môi trường hoạt động xung quanh Nhờ đóRobot ngày càng có vai trò quan trọng trong sản xuất

công nghiệp, đặc biệt trong các hệ thống sản xuất linhhoạt và hệ thống sản xuất tích hợp máy tính.

Hiện nay, ở rất nhiều nước Robot phát triển không chỉtheo hướng phục vụ sản xuất công nghiệp mà còn theohướng phục vụ trong sinh hoạt và giải trí trong gia đình.Robot gia đình hay robot cá nhân được phát triển nhằmthay thế giúp việc nhà Ngày nay, khi thiết kế các loạirobot này, các nhà thiết kế đã thêm vào các cảm biếnnhận dạng, các giải thuật điều khiển thích nghi vàfuzzy logic với mục đích để Robot thực hiện nhiềunhiệm vụ đa dạng và khác nhau trong gia đình như giặtquần áo, chùi rửa phòng tắm, đổ rác, cắt cỏ Đặcbiệt là chúng di chuyển rất linh hoạt để phục vụ tronglĩnh vực giải trí

Kỹ thuật Robot là một khoa học liên quan đến nhiềuphạm trù kiến thức của nhiều nghành khoa học khácnhau, trong số đó dễ nhận thấy nhất là các nghành cơhọc, cơ khí chế tạo chính xác, kỹ thuật điện tử, côngnghệ thông tin và điều khiển học Chính vì vậy mà khócó một tài liệu nào bao gồm thật đầy đủ và hoànchỉnh về tất cả những vấn đề có liên quan đến Robot

Thuật ngữ Robot xuất hiện vào năm 1923, nhưngsự phát triển Robot công nghiệp chỉ thực sự bắt đầuvào năm 1940 Robot công nghiệp ban đầu được dùngđể chuyển tải các loại vật liệu nguy hiểm, được dùngtrong thám hiểm không gian, và sau đó được dùng trongtự động hoá linh hoạt Cuối năm 1940, cơ cấu chấphành chính - phụ xuất hiện để chuyển tải các vậtliệu phóng xạ Cơ cấu chính được người hướng dẫnthao tác, cơ cấu phụ thao tác chuyển động của cơ cấuchính tại vị trí xa Sự hồi tiếp lực có thể phối hợpđể công nhân có thể nhận biết các tín hiệu tải của cơcấu phụ

Vào cuối những năm 1950, cơ cấu lập trình bắtđầu xuất hiện và được cải tiến liên tục Đặc tínhquan trọng của Robot công nghiệp là phối hợp bộ điềukhiển dựa trên máy tính hoặc bộ vi xử lý với các cảmbiến hồi tiếp để đạt được khả năng lập trình đa chứcnăng Vào những năm 1960, cơ cấu chấp hành Robot

được trang bị hệ thống thị giác và các bộ cảm biếnđặc biệt có tính năng mô phỏng các giác quan của conngười, chúng có khả năng thực hiện các công đoạn lắpráp đơn giản.

Trong những năm 80, Robot công nghiệp đã có bướcphát triển mạnh mẽ, do các yêu cầu cao về tự độnghoá linh hoạt và kinh tế trong thám hiểm không gian vàcông nghiệp ôtô Vào đầu những năm 90, nhiều công ty ởBắc Mỹ, Nhật Bản và châu Âu đã sử dụng rộng rãiRobot trong nhiều lĩnh vực công nghiệp

Kể từ khi sản phẩm Robot đầu tiên trên thế giới cómặt trên thị trường vào năm 1961 đến nay đã hơn 40năm Với những thành công kỳ diệu đã đạt được vànhững triển vọng đầy hứa hẹn nó đã được khẳngđịnh như là một sản phẩm tiêu biểu của nền kinh tế trithức Trên thế giới Robot đã được sử dụng để thaythế con người ở tất cả các lĩnh vực sản xuất, nghiêncứu khoa học và dịch vụ Không chỉ dừng lại ở nhữngthao tác lao động đơn giản lặp lại trong công xưởng màRobot còn thực hiện được cả những kỷ xảo tinh vi củacác bác sĩ phẫu thuật, thậm chí những Robot siêu nhỏ(Nanorobot) có thể chui vào cơ thể con người để thayđổi gen, loại bỏ những nhiễm sắc thể bị hỏng của tếbào Robot cũng đã tìm đường đến những hành tinh xaxôi giúp con người tìm hiểu và chinh phục khoảng khônggian vô tận Robot thông minh đang được tập trung nghiêncứu Hẳn chúng ta không quên sự kiện Đại kiện tướngcờ vua thế giới đã bị Robot hạ thủ Vấn đề còn đangtranh cãi là liệu Robot có thể thông minh hơn con người?Và nếu hơn thì những điều gì sẽ xaỷ ra sau đó?

Chúng ta đã được biết nhiều về Robot trên thếgiới nhưng ở Việt Nam vấn đề này vẫn còn mới mẻ.Tuy nhiên, việc đưa công nghệ Robot vào nước ta đãthực sự trở thành nhu cầu bức xúc ở tất cả các mặtnghiên cứu, đào tạo và ứng dụng Mặc dù chưa cónhững thành tựu đáng kể nhưng có thể nói Robot ViệtNam đã có bước khởi động ấn tượng Trong vài nămgần đây, các nội dung về Robot đã được giảng dạy ởnhiều trường đại học và cao đẳng trong cả nước Trong

chương trình cấp Nhà Nước " Nghiên cứu khoa học vàphát triển công nghệ tự động hoá" giai đoạn 2001-2005đã chính thức đưa vào các đề tài nghiên cứu chế tạoRobot phục vụ an toàn lao động và Robot thông minh, đãtập hợp được nhiều nhà khoa học tham gia Nhiều sảnphẩm và đề tài đang được ứng dụng thử nghiệmtrong sản xuất và khẳng định hướng đi là đúng đắn,cần tiếp tục để hoàn thiện Hiện nay, nước ta đã có 1số phòng thí nghiệm trọng điểm đạt mức hiện đạingang tầm các nước trong khu vực, trong đó các vấnđề về Robot cũng được quan tâm thích đáng Trong côngnghiệp, việc sử dụng Robot không chỉ đơn thuần là thaythế sức người mà điều quan trọng hơn là ở nhiều côngđoạn Robot tạo ra năng suất và chất lượng hơn hẳn laođộng thủ công, tăng sức cạnh tranh trên thương trườngđầy biến động và thách thức Một lợi thế rất cơ bảncủa Robot trong cạnh tranh là nó có tính linh hoạt, nhờđó mà Robot có thể làm được những công việc rấtkhác nhau, chỉ việc thay đổi chương trình điều khiển màkhông cần đầu tư tốn kém về tiền vốn và thời gianđể cải tạo dây chuyền thiết bị công nghệ nhằm kịpthời đáp ứng các nhu cầu đa dạng và không ngừng thayđổi của thị trường Vì thế, Robot được sử dụng rấtphù hợp với các quy mô sản xuất khác nhau, kể cả cácquy mô vừa và nhỏ, ở nước ta đã có nhiều cơ sở sảnxuất trong các lĩnh vực điện tử, cơ khí, đồ nhựa, vậtliệu xây dựng sử dụng Robot nhập từ nước ngoàivề Trong quá trình mở cửa và hội nhập, các doanhnghiệp ở mọi thành phần kinh tế nước ta có nhu cầubức xúc về hiện đại hoá công nghệ Đó là mục tiêucần đáp ứng và cũng là cơ sở cho sự phát triển củacông nghệ Robot ở nước ta.

Một điều rất đáng chú ý là giới báo chí với lợithế vốn có đã chủ động tổ chức, giới thiệu và cổ vũmột cách sinh động về Robot cho quảng đại quầnchúng, đặc biệt là tuổi trẻ sinh viên và học sinh Đàitruyền hình Việt Nam đã tổ chức thành công cuộc thiquốc tế Robocon hàng năm, đã thu hút hàng trăm đội từcác trường đại học và cao đẳng trong cả nước, đã khơi

dậy những ý tưởng sáng tạo và lòng say mê của cácnhà khoa học tương lai Với những thành công liên tiếp ởhai cuộc thi, sinh viên Việt Nam đã khẳng định trướcbạn bè quốc tế ý tưởng sáng tạo không chỉ trong khoahọc cơ bản mà cả trong công nghệ Vấn đề là phải tạođược điều kiện cơ sở vật chất tốt hơn để biếnnhững ước mơ đó thành hiện thực trong sản xuất vàđời sống.

Trong những năm gần đây, Robot công nghiệp đã cóbước tiến mạnh mẽ nhờ sự phát triển của công nghệthông tin và trí tuệ nhân tạo Ngoài các công việcthường gặp như chuyển tải vật tư, xếp dỡ các chi tiếtmáy, lắp ráp các bộ phận thành cụm máy và các ứngdụng thường là trong môi trường nguy hiểm bao gồmchuyển tải vật liệu phóng xạ thám hiểm không gian vàđáy biển, hàn điểm, sơn phun, Mà các Robot còn đượcdùng trong xây dựng, các thiết bị bay và di chuyểnkhông người lái tại những địa hình phức tạp, các máykhai thác mỏ, các cụm gia công thông minh Trong nhữngnăm gần đây, xu hướng mới là chế tạo các robot thôngminh và thân thiện với con người, kể cả robot giải phâũ ykhoa, giúp việc nhà, giúp người tàn tật, Mặc dù cónhiều nổ lực để phát triển Robot thông minh, nhưngcác loại Robot có thể mô phỏng nhiều chức năng củacon người vẫn còn những hạn chế nhất định do đòihỏi sự phát triển của công nghệ về trí tuệ nhân tạo

1.2 MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA VỀ ROBOT:

Về kỹ thuật, Robot được định nghĩa một cách tổng

quát là “cơ cấu chấp hành đa chức năng tái lập trình,

được thiết kế để chuyển tải vật tư, công cụ, hoặc các thiết bị chuyên biệt, thông qua các chuyển động được lập trình để thực hiện các tác vụ khác nhau”.

Định nghĩa này bao gồm các cơ cấu chấp hành, cácmáy điều khiển số, các máy di chuyển, và người máycủa khoa học viễn tưởng Mặc dù, nhiều người coiRobot là người máy, nhưng Robot công nghiệp ngày naycó hình thức rất khác với con người

Viện nghiên cứu Robot Hoa Kỳ đưa ra một số định nghĩa

về Robot như sau: “ Robot là một tay máy nhiều chức

năng, thay đổi được chương trình hoạt động, được dùng để di chuyển vật liệu, chi tiết máy, dụng cụ hoặc dùng cho những công việc đặc biệt thông qua những chuyển động khác nhau đã được lập trình nhằm mục đích hoàn thành những nhiệm vụ đa dạng”

(Schlusel, 1985)

Định nghĩa Robot còn được Mikell P Groover, một nhànghiên cứu hàng đầu trong lĩnh vực Robot, mở rộng hơn

như sau:”Robot công nghiệp là những máy, thiết bị tổng

hợp hoạt động theo chương trình có những đặc điểm nhất định tương tự như ở con người”

Định nghĩa của M P Groover về Robot không dừng lại ởtay máy mà mở rộng ra cho nhiều đối tượng khác cónhững đặc tính tương tự như con người là suy nghĩ, cókhả năng đưa ra quyết định và có thể nhìn thấy hoặccảm nhận được đặc điểm của sự vật hay đối tượngmà nó thao tác hay xử lý

Không lâu sau khi xuất hiện Robot được điều khiển theochương trình, người ta đã thực hiện được những Robottự hành Hơn nữa, với những bước phát triển nhanhchóng của kỹ thuật vi điện tử và tin học, hiện nay,người ta đã sáng tạo nhiều Robot có cảm xúc và có khảnăng xử lý thông tin Do đó định nghĩa Robot cũng cónhững thay đổi bổ sung

Nhật Bản hiện nay là nước có số lượng Robot dùngtrong sản xuất công nghiệp lớn nhất thế giới, và quanniệm về Robot của người Nhật có phần dễ dãi hơn:

theo họ”Robot là bất cứ thiết bị nào có thể thay thế

cho lao động con người” Trong công nghiệp Nhật Bản,

những Robot hay tay máy điều khiển bằng cam cũngđược liệt vào hàng ngũ Robot Theo giáo sư MasahiroMori (Viện công nghệ Tokyo) thì Robot công nghiệp phảicó các đặc điểm sau:

- Có khả năng thay đổi chuyển động

- Có khả năng xử lý thông tin (biết suy nghĩ)

- Có tính vạn năng

- Có những đặc điểm của người và máy

Các Robot đóng góp vào sự nghiệp phát triển côngnghiệp dưới nhiều dạng khác nhau: tiết kiệm sứcngười, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượngsản phẩm, an toàn lao động và giải phóng con người rakhỏi những công việc cực nhọc và tẻ nhạt Tất nhiêntrong tương lai còn nhiều vấn đề nảy sinh khi Robot ngàycàng thay thế các hoạt động của con người, nhưngtrong việc đem lại lợi ích cho con người, khám phá vũtrụ, khai thác các nguồn lợi đại dương, Robot đã thựcsự làm cho cuộc sống chúng ta tốt đẹp hơn.

1.3 PHÂN LOẠI ROBOT:

Có nhiều cách để phân loại Robot, ở đây chúng ta phânloại theo một số hướng chính như sau:

1.3.1 Phân loại theo mục đích sử dụng:

Đa số Robot hiện nay trên thế giới là Robot công nghiệpphục vụ trong công nghiệp với các công việc thườnggặp như là: chuyển tải vật tư, xếp dỡ các chi tiếtmáy, lắp ráp các bộ phận thành cụm máy

Các Robot phục vụ trong các lĩnh vực chuyên biệt: Vídụ như Robot giải phẫu y khoa, nghiên cứu khoa học,Robot cứu hoả, Robot thám hiểm đại dương, Robot thámhiểm vũ trụ

Một số Robot được thiết kế để giúp đỡ ngườitàn tật, một số khác được chế tạo nhằm mục đíchgiải trí, giúp việc nha,ì ví dụ như Robot chó AIBO củahãng Sony

1.3.2 Phân loại theo mức độ thông minh:

Theo cách phân loại này ta có thể phân loại cácRobot ra làm 5 thế hệ:

1.3.2.1 Robot thế hệ thứ nhất:

Bao gồm các dạng Robot hoạt động lặp lại theomột chu trình không thay đổi (playback Robots ), theochương trình định trước

1.3.2.2.Robot thế hệ thứ hai

Lúc này Robot được trang bị các bộ cảm biến(sensors) cho phép cung cấp các tín hiệu phản hồi trở

lại hệ thống điều khiển về trạng thái, vị trí khônggian của Robot cũng như những thông tin về môi trườngbên ngoài như trạng thái, vị trí của đối tượng thao tác,của các máy công nghệ mà các máy phối hợp, nhiệtđộ môi trường v.v những Robot này có thể tạo đượcnhững vòng điều khiển kín kiểu servo.

1.3.2.3 Robot thế hệ thứ ba

Đây là dạng phát triển cao nhất của Robot tự cảmnhận Các Robot ở đây được trang bị những thuật toánxử lý các phản xạ logic thích nghi theo những thông tinvà tác động của môi trường lên chúng; nhờ đó Robot tựbiết tự làm gì để hoàn thành được công việc đã đặt

ra cho chúng

1.3.2.4 Robot thế hệ thứ tư:

Bao gồm các Robot sử dụng các thuật toán và cơchế điều khiển thích nghi được trang bị bước đầu khảnăng lựa chọn các đáp ứng tuân theo một mô hình tínhtoán xác định trước nhằm tạo ra những ứng xử phùhợp với điều khiển của môi trường thao tác

- Robot toạ độ vuông góc: Robot loại này có 3 bậcchuyển động cơ bản gồm 3 chuyển động tịnh tiến dọctheo 3 trục vuông góc

- Robot toạ độ trụ: 3 bậc chuyển động cơ bản gồm 2trục chuyển động tịnh tiến và 1 trục quay.

- Robot toạ độ cầu: 3 bậc chuyển động cơ bản gồm 1trục chuyển động tịnh tiến và 2 trục quay

- Robot khớp bản lề: : 3 bậc chuyển động cơ bản gồm 3trục quay

1.4 ỨNG DỤNG CỦA ROBOT VÀ MỘT SỐ ROBOT ĐIỂN HÌNH

1.4.1 Ứng dụng Robot trong công nghiệp

Robot được ứng dụng rộng rãi trong các nghànhcông nghiệp Những ứng dụng ban đầu bao gồm gắpđặt vật liệu, hàn điểm và phun sơn Những ứng dụngcủa Robot trong công nghiệp đạt hiệu quả cao có thểkể đến như Robot hàn đường, Robot lắp ráp và trongnhững nhà maõy tự động hoá hoàn toàn sử dụngRobot như nghành công nghiệp ôtô

1.4.2 Ứng dụng Robot trong phòng thí nghiệm

Robot càng được sử dụng nhiều trong phòng thínghiệm Chúng được dùng để thực hiện tự độngcác công việc thủ công, ví dụ chuẩn bị mẫu thử, cân,pha chế, ly tâm

1.4.3 Ứng dụng Robot trong các thao tác cần khuếch đại lực

Ứïng dụng này được dùng nhiều trong công nghiệphạt nhân với sự phát triển của điều khiển qua mànhình để xử lý vật liệu phóng xạ

1.4.4 Ứng dụng Robot trong nông nghiệp

Các Robot sẽ tham gia gieo hạt hay vun trồng, mộttrong số các dự án thành công nhất cho đến nay là sựphát triển của Robot cắt lông cừu ở Úc

1.4.5 Ứng dụng Robot trong không gian:

Thám hiểm không gian là một lĩnh vực chuyên dùngứng dụng Robot Các ứng dụng thường gặp là xe tự

hành trang bị tay máy linh hoạt, các Robot công dụngtrong các trạm không gian, các Robot bảo trì vệ tinh.

1.4.6 Ứng dụng Robot trong tàu lặn:

Công việc thường gặp là dò tìm dưới đáy biển,kiểm tra và bảo trì các giàn khoan ngoài khơi, lắp đặt vàkiểm tra cáp truyền xuyên đại dương, khảo sát địa chấtcủa thềm đại dương

1.4.7 Ứng dụng Robot trong giáo dục:

Các chương trình giáo dục sẽ dùng Robot làmphương tiện giảng dạy Robot rùa Tasman được sửdụng kết hợp với ngôn ngữ LOGO để giảng dạy vềsự nhận thức về máy tính Ngoài ra chúng ta có thểtạo ra phòng học Robot, trong đó phối hợp các máy sảnxuất khác nhau như băng tải máy gia công CNC, kho hàngtự động

1.4.8 Ứng dụng Robot trong hỗ trợ người tàn tật:

Một số người bị bại liệt hay mất tay chân sẽđược cấy một vi mạch dưới da và một kết cấu cơkhí sẽ giúp cho người tàn tật có khả năng đi lại, cầmnắm đồ vật Trong tương lai không xa, Robot phục vụngười tàn tật sẽ ngày càng hoàn hảo hơn

1.4.9 Ứng dụng Robot trong sinh hoạt và giải trí:

Một loại Robot mà trẻ em có thể chơi với chúng, cóthể giúp chúng ta trong các công việc hằng ngày Ví dụRobot Asimo của hãng Honda có thể đi bằng hai chân, vẫytay, bật công tắc, khiêu vũ, nướng bánh

3 Sân thi đấu được bao quanh bằng một rào cản gỗcao 100mm dày 30 mm

4 Sân thi đấu bao gồm :”Vùng robot bằng tay”;”Đàilửa”;”Vùng robot tự động” và gồm cả vùng tháp báohiệu.Bản vẻ sân thi đấu”

d Chỉ có robot tự động hoạt động trong vùng tựđộng.Đường chỉ dẫn màu trắng rộng 30 mmđược vạch trên vùng tự động

e Một khu vực hình bát giác trồi lên có độ cao100mm nằm ở trung tâm vùng tự động được gọilà “Vùng tháp báo hiệu” Khu vực này có 4 cạnhdài 2000mm và 4 cạnh kia dài 1414mm.Dọc theo haicạnh dài 2000mm đối diện nhau có hai đường dốctỷ lệ 1:5 nối phần khu vực sàn cao hơn với phầnvới phần sàn phía dưới

f Trong vùng tự động có đặt năm ngọn đuốc.Ngọn đuốc chính cao nhất có độ cao là 1800mmđược đặt tại trung tâm của “Vùng tháp báo hiệu

“.Những ngọn đuốc còn lại có độ cao 1500mmđược bố rtí xung quanh ngọn đuốc chính

g Ngọn đuốc là một chiếc khay trong suốt, với phầnmiệng để trống, được gắn trên đỉnh một chiếccột đuốc Ngọn đuốc chính được chia ra cácphần bằng nhau với màu đỏ, xanh đậm và xanhnhạt và được gọi là phần năng lượng đỏ, xanhđậm, xanh nhạt tương ứng Mỗi ngọn đuốc vòngngoài được chia ra thành 2 phần bằng nhau có màuxanh và màu đỏ và cũng được gọi là phần nănglượng xanh đỏ tương ứng Riêng ngọn đuốc chínhcó thể xoay quanh trục của nó trên cột nếu rtong

cuộc chơi có một lực tác động vào Các ngọnđuốc khác không xoay được

6 Đài lửa

Bốn đài lửa có đường kính 1200mm được đặt ởbốn góc của vùng tự động Đĩa nhiên liệu cóđường kính 600mm được đặt tại trung tâm của đàilửa Đĩa nhiên liệu có độ cao 100mm so với mặtsàn cùng với một đường bo viền rộng 50mm Độsâu của đĩa là 30mm Một đường dốc rộng 350mmlà cầu nối cho đĩa và mặt sàn

7 Vùng rôbốt điều khiển bằng tay

a Vùng rôbốt điều khiển bằng tay bao quanh vùngrôbốt tự động và đài lửa

b Hai kho chứa nhiên liệu dành cho cả hai đội đượcđặt đối diện nhau tại vùng robot điều khiển bằngtay và mỗi kho chứa nhiên liệu này được xếp 16quả bóng nhiên liệu

c Khu xuất phát của robot điều khiển bằng tay làmột hình vuông có kích thước1000mm X 1000mm,được đặt giữa cạnh của vùng Robot điều khiểnbằng tay Hai khu xuất phát của hai đội được đặt

ở vị trí đối diện với nhau

d Xem bản vẻ để biết thêm chi tiết về vùng dànhcho Robot điều khiển bằng tay

1.5.2 Thành viên tham gia đội tuyển

1 Mỗi đội tham dự phải có ít nhất 4 thành viên (3 SVvà 1CĐV) và nhiều nhất là 7 thành viên thuộc cùngtrường đại học hoặc Cao đẳng Tuy nhiên chỉ có 3sinh viên chính thức đựơc phép vào khu vực sân thiđấu và BTC chỉ tài trợ đi lại ăn, ở cho 4 thành viên

2 Các thành viên phải đang là SV tài thời điểm diễn racuộc thi

3 Không chấp nhận các sinh viên đã tốt nghiệp

1 Robot điều khiển bằng tay

a Các máy điều khiển bằng tay phải được vậnhành thông qua bộ điều khiển từ xa sử dụng dâycáp, hoặc điều khiển từ xa bằng tia hồngngoại ,tia nhìn thấy ,sóng âm Không được sủdụng sóng vô tuyến Người điều khiển khôngđược phép trực tiếp lái máy (không ngồi lênmáy)

b Trong trường hợp sử dụng dây cáp, điểm kết nốigiữa máy điều khiển bằng tay và hộp điều khiểnphải đặt cách mặt sàn ít nhất là 1000mm Độ dàicủa cáp điều khiển tính từ máy cho đến hộpđiều khiển không được vượt quá 3000mm

c Sauk hi trận đấu bắt đầu,các thành viên độituyển không được phép chạm vào Robot điềukhiển bằng tay

2 Các Robot tự động

a Máy tự động phải tự động hoàn toàn

b Tất cả các phần tách ra từ máy tự động đượccoi là một máy tự động, nó cũng phải có cơ chếnhư một máy tự động

c Trước khi trận đấu bắt đầu , mỗi đội chỉ đượcchất tối đa là 16 quả bóng nhiên liệu lên máy tựđộng

d Mỗi máy tự động sẽ đựơc khởi động chỉ bằngmột thao tác

e Máy tự động được phép di chuyển tới bất kỳvùng nào trên sân , ngoại trừ vùng “Đài lửa” vàkhoảng không phía trên của vùng này

f Sau khi trận đấu được bắt đầu, tất cả các máytự động có thể được khởi động lần lượt,nhưng các thao tác khởi động phải kết thúc trongvòng 20s , sau đó các thành viên phụ trách việckhởi động máy phải rời sân thi đấu ngay và đứngngoài hàng rào gỗ Những máy tự động nàokhông hoàn thành việc khởi động trong thời gian quyđịnh trên sẽ phải để nguyên tại khu xuất phát

g Khi máy tự động đã xuất phát , các thành viênđội tuyển không được phép chạm vào máy đó

h Các robot tự động của một đội không được phépliên lạc với nhau dưới mọi hình thức.

3 Phương pháp điều khiển

a Chỉ một thành viên trong đội điều khiển robotbằng tay trong khu vực sân chơi

b Đối với các máy tự động , mỗi trận đấu mộtđội chỉ được khởi động lại một lần, sau khi độiđó ra hiệu xin được khởi động lại và được sựchấp thuận của trọng tài Bất kỳ thành viên nàocủa đội tuyển cũng có thể được phép khởi độnglại bất kỳ máy tự động nào bắt đầu từ khuvực xuất phát Tất cả những thao tác khởi độnglại cũng phải được hoàn tất trong 20s Sau đónhững thành viên phụ trách việc khởi động lạimáy phải rời sân thi đấu ngay và đứng ngoài hàngrao gỗ Người vận hành máy tự động chỉ đượcphép vào sân thi đấu khi thực hiện thao tác khởiđộng máy , kể cả khi khởi động lại

4 Nguồn cấp năng lượng

a Mỗi đội phải tự chuẩn bị nguồn cho tất cả các

máy trong suốt trận đấu

b Điện áp của nguồn cấp phải dưới 24VDC

c Các nguồn cấp mà BTC cho là nguy hiểm hoặckhông phù hợp sẽ không được phép sử dụng

6 Kích cỡ

a Các máy tự động phải có kích cỡ sao cho đặt

vừa trong khu xuất phát

b Sau khi trận đấu bắt đầu và các máy tự độngrời khu xuất phát chúng có thể tách ra và hìnhdáng có thể thay đổi tuỳ ý, nhưng độ cao của mỗimáy sẽ không được vượt quá 2000mm

c Máy điều khiển bằng tay phải đặt vừa trong khuxuất phát

d Sau khi trận đấu bắt đầu và máy điều khiểnbằng tay rời khu xuất phát nó có thể thay đổikích cỡ tuỳ ý nhưng độ cao không vượt quá1500mm và không được tách rời.

1.5.4 Các bộ phận khác (Quả bóng nhiên liệu )

1 Các quả bóng nhiên liệu là mô hình quả bóng rỗ thu

nhỏ có đường kính là 150mm và cân nặng 150g

2 Áp suất bên trong quả bóng được kiểm soát sao cho

bóng ít đàn hồi Độ nảy của bóng khi thả từ độcao 1m xuống mặt gỗ cứng không được vượcquá 150mm ± 50mm

3 Hai đội thi đấu dùng bóng có màu đỏ và xanh đậm.1.5.5 Các trận đấu

1 Các vòng thi ( Cuộc thi diễn ra 2 vòng : loại và chung

kết )

2 Thời gian thi đấu

a Mỗi trận kéo dài trong 3 phút Tuy nhiên trậnđấu có thể kết thúc sớm hơn nếu một đội bỏ:1,Vào cả khay của đội đó và phần khay màu xanhnhạt ở ngọn đuốc chính ít nhất một bóng nhiênliệu

2,Vào khay của đội đó ở hai ngọn đuốc vòng ngoài

ít nhất một bóng nhiên liệu, tạo thành đườngchéo

3,Vào cả 4 đĩa nhiên liệu, mỗi đĩa ít nhất mộtbóng nhiên liệu Điều đó khẳng định đội đó đãhoàn tất “ Vượt trường thành - thắp lửa thiêng “,và trận đấu ngay lập tức được dừng lại Độiđó dành chiến thắng tuyệt đối

b.Việc sắp đặt và hiệu chỉnh máy trước trận đấusẽ hoàn thành trong vòng 1 phút sau khi nhận đượctín hiệu sắp đặt hiệu chỉnh

3 Cách tính điểm

a.Điểm được tính sau khi trận đấu kết thúc

b.Bất kỳ một bóng nhiên liệu nào nằm lại khay củangọn đuốc hoặc đĩa nhiên liệu , mà tách rời khỏirobot điều được tính điểm Điểm cho mỗi bóngđược tính như sau :

1,Một bóng nhiên liệu ở phần khay của ngọn đuốcchính ghi được 5 điểm

2,Một bóng nhiên liệu ở ngọn đuốc vòng ngoài ghi

được 1 điểm3,Một bóng nhiên liệu ở đĩa nhiên liệu của đài lửa

ghi được 1 điểm

c Tất cả phần khay nhiên liệu của ngọn đuốcchính phải được ghi điểm bằng robot tự độngnằm tại vùng “Tháp báo hiệu”

d.Đối với phần khay màu xanh lá cây và đĩa nhiênliệu ,các bóng ghi điểm của từng đội đượctính riêng

e.Nếu một đội bỏ bóng nhiên liệu vào khay nhiênliệu của đội đối phương , dù ở ngọn đuốcnào , đội đối phương sẽ được điểm đó

4 Quyết định đội thắng

Quyết định đội thắng đựơc căn cú theo các điềukiện sau :

a.Đội hoàn tất việc “ Vượt trường thành - Thắplửa thiêng sẽ dành chiến thắng

b.Trong trường hợp không có đội nào thực hiệnthành công việc “ Vựơt trường thành thắp lửathiêng “ thì đội ghi nhiều điểm hơn sẽ thắng

c Trong trường hợp bằng điểm , trọng tài sẽquyết định đội thắng dựa trên các thứ tự

ưu tiên sau:

1, Đội bỏ nhiều bóng hơn vào khay của đội đóvà khay màu xanh lá cây ở ngọn đuốc chínhsẽ giành chiến thắng

2, Đội ghi được nhiều điểm hơn tại các ngọnđuốc sẽ giành chiến thắng

3, Trong các trường hợp không chọn được độithắng căn cứ theo thứ tự ưu tiên trên ,trọng tài sẽ quyết định đội thắng

1.5.6 Phạm lỗi trừ điểm

Những hành vi sau đây sẽ bị xem là phạm lỗi và bịtrừ một điểm cho mỗi lần vi phạm Nếu bị trừ 3điểm đội đó sẽ bị loại

a.Máy điều khiển bằng tay hay người điều khiểnmáy đó chạm vào sàn phần ngoài vùng Robotđiều khiển bằng tay , vùng Robot tự độnghoạt đài lửa

b.Máy bằng tay vươn qua vùng tự động hoặcđài lửa

c Máy bằng tay chạm vào máy tự động củađội mình

d.Nếu lỗi a,b,c tiếp tục xảy ra thì cứ 5 s viphạm sẽ trừ 1 điểm

e.Máy tự động vươn qua đài lửa khi nó cố gắnbỏ bóng nhiên liệu

1.5.7 Truất quyền thi đấu

Nếu đội nào mắt phải những hành vi sau đây sẽ bịtruất quyền thi đấu

a Cố tình phá hoại sân chơi và các thiết bị trênsân , gồm tất cả những thứ như bóng nhiênliệu được chuẩn bị sắp đặt tại kho nhiênliệu của đội đội đối phương hoặc máy củađối phương

b Máy điều khiển bằng tay chạm vào máy tựđộng của đối phương trong bất kỳ vùng nào

c Có bất kỳ hành vi nào đi ngược lại với tinhthần thi đấu Fairplay

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG ÁN

2.1 PHƯƠNG ÁN DÒ ĐƯỜNG THEO VẠCH TRẮNG: 2.1.1 Mục đích:

Cuộc thi Sáng tạo Robot là cuộc thi của tự độnghoá, vì vậy nhìn từ yêu cầu của đề thi đã thấy cầnthiết phải ứng dụng các kiến thức của tự động hoáđó là : Chính vì thế, phương án tối ưu là cho Robotchạy theo các vạch trắng này để bỏ bóng vào cácngọn đuốc

2.1.2 Yêu cầu:

Yêu cầu của cảm biến nhận dạng vạch trắng làkhả năng phân biệt chính xác màu xanh của nền sân vàvạch trắng, từ đó Robot mới có thể di chuyển chínhxác theo các vạch trắng này để ghi điểm

Trên sân thi đấu có kẻ sẵn những vạch trắng rộng

3 cm, đây chính là đường dẫn cho các Robot tự độngchạy theo các vạch trắng này để lấy quà và ghi điểm

Vì vậy, chúng ta phải dùng cảm biến để nhận dạngcác vạch trắng này, nguyên lý phát, thu, phản xạ và sơ

đồ mạch cảm biến sẽ được trình bày chi tiết ởchương V, ở đây chỉ đề cập đến vấn đề số lượngcảm biến được sử dụng và cách bố trí chúng nhưthế nào để tiện việc lập trình Để điều khiển Robotphát hiện và chạy bám theo các vạch trắng trên sân thiđấu, cần tổ chức các cảm biến để mạch điều khiểnRobot thực hiện được các vấn đề sau :

 Phát hiện được vạch trắng

 Điều khiển xoay Robot nằm song song và đốixứng trên vạch trắng

 Điều khiển Robot chạy bám theo vạch trắng

Để phát hiện được vạch trắng có thể chỉ cầnmột cảm biến, nhưng để điều khiển xoay Robot nằmsong song và đối xứng trên vạch trắng thì cần tốithiểu hai cảm biến được bố trí hợp lý Robot có thểtiếp cận vạch trắng theo góc nghiêng bất kỳ, do đónếu bố trí hai cảm biến nằm thẳng hàng ngang và ởtâm của Robot như trên hình 1a, thì có thể cả hai cảmbiến đều nằm trên vạch trắng, nhưng Robot không nằmsong song trên vạch trắng Để Robot nhận biết được nóđã nằm song song trên vạch trắng thì cần phải có ítnhất hai cảm biến bố trí theo chiều dọc của Robot.Nếu bố trí hai cảm biến thẳng hàng dọc như trên hình1b thì Robot có thể nằm song song nhưng không đốixứng trên vạch trắng Nếu bố trí hai cảm biến lệchnhau như trên hình 1c thì sẽ đảm bảo điều khiển đượcRobot nằm song song và đối xứng trên vạch trắng

Các vạch trắng trên sân thi đấu có thể là cácđường thẳng cắt nhau, hoặc là các đường tròn đồngtâm Do những sai số ngẫu nhiên của mạch điều khiểnRobot, cũng như do các vạch trắng có dạng vòng tròn,

nên khi Robot chuyển động theo vạch trắng, nó sẽ luôncó xu hướng lệch khỏi vạch trắng Để điều khiểnRobot chạy bám theo vạch trắng, cần phải tổ chức cáccảm biến sao cho mạch điều khiển của Robot nhậnbiết được hướng sai lệch và tốt hơn là nhận biếtđược cả độ lệch Nếu chỉ sử dụng 2 cảm biến bố trínhư trên hình 1b hoặc 1c thì trong khi chuyển động,Robot luôn bị lắc sang hai bên với biên độ bằng độ rộngcủa vạch trắng, điều đó làm Robot mất ổn định vàgiảm tốc đô üchuyển động Hơn nữa, nếu chỉ có haicảm biến như vậy thì sẽ có trường hợp cả hai cảmbiến đều bị lệch ra khỏi vạch trắng làm cho Robotkhông xác định được hướng lệch Để Robot nhận biếtđược hướng lệch thì cần có ít nhất hai cảm biến bốtrí thẳng hàng ngang, cách nhau một khoảng gần bằngđộ rộng của vạch trắng như trên hình 2a, khi đó nếucảm biến bên nào bị lệch khỏi vạch trắng là Robot bịlệch về bên đó Nếu sử dụng bốn cảm biến trở lên ,bố trí như trên hình 2b, thì mạch điều khiển Robot sẽnhận biết được cả hướng lệch và độ lệch, điều đócho phép xây dựng được các chương trình điều khiểnRobot chạy ổn định hơn và nhanh hơn.

Theo như các phân tích trên, để đồng thời đáp ứngcả hai yêu cầu điều khiển 2 và 3, Robot cần phải có ítnhất bốn cảm biến bố trí như trên hình 3a Nếu sửdụng sáu cảm biến trở lên, bố trí như trên hình 3b thìsẽ tăng được độ ổn định và tốc độ chuyển động củaRobot Tuy nhiên khi tăng số cảm biến thì độ phức tạpcủa mạch điều khiển, cũng như giá thành, kích thướcvà trọng lượng của Robot sẽ tăng lên

Hình 4: Cơ cấu lái 2 bánh độc lập khi xoay quanhtâm.

2.2.1.1 Phân tích phương án lái theo kiểu truyền động bằng 2 động cơ độc lập:

Theo phương án này, chúng ta sử dụng 2 động cơcùng loại, có cùng tốc độ, truyền động tới 2 bánh cóđường kính bằng nhau với tỉ số truyền bằng nhau Ởchế độ chạy tới, 2 động cơ được cấp điện cùngchiều thuận Ở chế độ chạy lui, 2 động cơ được cấpđiện cùng chiều ngược Ở chế độ xoay phải, thì động

cơ bên trái sẽ được cấp điện theo chiều thuận cònđộng cơ bên phải được cấp điện theo chiều ngược.Còn chế độ xoay trái thì hoàn toàn ngược lại

hoạt động

Động cơ bêntrái

Động cơ bênphải

Tới phải 1 0

1: Động cơ quay theo chiều thuận

-1: Động cơ quay theo chiều ngược

0: Động cơ ngừng quay

Khi sử dụng cách lái kiểu này, ta phải chú ý một sốđiểm sau: chọn động cơ phải có cùng tốc độ, toàn bộtrọng tâm xe phải đặt lên hai bánh lái chính, bánh lái vàcác bánh đa hướng phải nằm trên mặt phẳng (đềphòng khi có tải bánh lái sẽ bị hở lên, không tiếp xúc vớimặt sàn làm Robot di chuyển khó khăn) Khi chạy tốcđộ cao, khi lái Robot sẽ bị giật, khi đó, để giảm giật taphải giảm độ chênh lệch tốc độ của 2 bánh Vì vậythay vì một động cơ chạy, một động cơ đứng, thì tacho một động cơ chạy còn động cơ kia chạy chậm hơnbằng cách qua điện trở hay qua bộ băm Vì vậy, trongthiết kế Robot phương pháp tốt nhất là sử dụng cáchlái có bộ băm này

Với cách lái này Robot sẽ có các bit điều khiển là:

(Giả sử động cơ bên trái ký hiệu là A, và động cơ bênphải là B)

1 Chạy tới nhanh: động cơ A và B được cấpnguồn trực tiếp

2 Chạy tới chậm: động cơ A và B được cấpnguồn gián tiếp

3 Tới trái: động cơ B được cấp nguồn, vàđộng cơ A không được cấp nguồn

4 Tới phải: động cơ A được cấp nguồn, vàđộng cơ B không được cấp nguồn

5 Tới trái băm: động cơ B được cấp nguồntrực tiếp, và động cơ A được cấp nguồnqua bộ băm

6 Tới phải băm: động cơ A được cấp nguồntrực tiếp, và động cơ B được cấp nguồnqua bộ băm

2.2.1.2 Phân tích các phương án dò đường theo vạch trắng sử dụng 2 động cơ truyền động độc lập:

Chúng ta đã có các cảm biến để phân biệt màu sẫmcủa sân thi đấu và vạch trắng Nhưng làm thế nàođể Robot có thể nhận biết được vị trí và chạyđúng theo vạch trắng là tuỳ thuộc vào số lượngcảm biến được sử dụng và cách bố trí chúng nhưthế nào để tiện việc lập trình

 Phương án 1: sử dụng 2 cảm biến:

Đây là phương án đơn giản nhất, chỉ sử dụng 2 cảmbiến bố trí 2 bên vạch trắng Giả thiết trên hìnhvẽ Robot sẽ chạy từ trái sang phải tức là các cảmbiến được bố trí phía trước bánh xe truyền động,khi robot chạy lệch sang bên trái thì sensor 2 nhậnđược vạch trắng tác động, còn khi robot chạylệch sang bên phải thì sensor 1 tác động

Bảng điều khiển:

Sensor 2

 Với cách bố trí này khi di chuyển Robot sẽ bịlắc nhiều (lái không mềm) và Robot sẽ dễ bịlệch khỏi vạch trắng.

 Phương án điều khiển Robot dễ dàng

 Phương án 2: sử dụng 4 cảm biến bố trí hàng ngang:

Bảng điều khiển hệ thống lái của Robot :

hoạt động

Sensor 1

Sensor 2

Sensor 3

Sensor 4

 Phương án điều khiển Robot dễ

 Phương án này thích hợp nhất với Robot cókết cấu đế sử dụng hai bánh truyền độngđặt ở phía sau và 2 bánh đa hướng đặt ở phíatrước

Hướng truyền động

chính

Sensor 1

Sensor 2

Sensor 3

Sensor 4

Bánh truyền động

D

D: khoảng cách giữa bánh truyền động vàcảm biến.

 Với kết cấu này, cảm biến càng đặt xa trụcbánh xe truyền động (D càng lớn) thì góc láicủa Robot sẽ càng nhỏ ( Robot sẽ lái càng mềmhơn) Tuy nhiên, khoảng cách này còn phụ thuộcnhiều vào kết cấu Robot cụ thể

 Một nhược điểm của kết cấu này là Robot dichuyển theo hướng truyền động chính là rấttốt Nhưng khi di chuyển theo hướng ngượclại thì rất khó, và chuyển động không mềm

 Vì vậy, phương án này chỉ thích hợp cho cácRobot được thiết kế như trên và nhiệm vụcủa Robot chỉ di chuyển theo hướng truyềnđộng chính Và phải tính toán khoảng cách Dsao cho hợp lý với từng kết cấu Robot cụthể

 Phương án 3: sử dụng 4 cảm biến bố trí bố trí dọc theo vạch dẫn hướng:

Bảng điều khiển:

hoạt động

Sensor 1

Sensor 2

Sensor 3

Sensor 4

Nhận xét:

 Phương án này phù hợp với kết cấu đế sửdụng 2 động cơ lái bố trí ở 2 bên trọng tâmcủa Robot như hình vẽ sau:

 Và tốt nhất là sử dụng kết cấu đế hìnhvuông

hoặc:

 Với kết cấu đế và bố trí cảm biến như vậyRobot có thể di chuyển khá mềm, đồng thờiRobot có thể di chuyển theo 2 hướng tới lui đềutốt

 Khoảng cách bố trí cảm biến phụ thuộc vàokích thước và kết cấu đế cụ thể Nhưng cáccảm biến không nên đặt quá xa trục bánh xetruyền động và phải được bố trí cân đối

 Phương án 4: sử dụng 6 cảm biến:

Bảng điều khiển:

Hướng di chuyển tới

Sensor 6

 Khó lệch khỏi vạch dẫn hướng.

 Có thể di chuyển theo 2 hướng tới, lui dễdàng

 Với phương án bố trí cảm biến này Robot nênđược thiết kế với 2 bánh truyền động đặt ởtâm của Robot Trong đó Robot sẽ có 1 hướngchuyển động chính và 1 hướng chuyển độngphụ

 Tuy nhiên phương án này đòi hỏi phương phápđiều khiển phức tạp, nên thường được sửdụng cho trường hợp có yêu cầu cao về độtin cậy dò đường

 Các phương án khác:

Hướng di

Từ những phương án cơ bản nêu trên, ta có thể tăngthêm số lượng cảm biến để Robot có độ tin cậy caohơn tuỳ thuộc vào từng yêu cầu cụ thể, như sau:

2.2.1.3 Các phương án lái sử dụng cho Robot

 Đối với Robot bằng tay:

Yêu cầu đặt ra với Robot bằng tay trong cuộc thi lần nàyrất cao: đó là đòi hỏi tốc độ cao để lấy bóng nhiênliệu nhanh, và khả năng linh hoạt phải cao Để đáp ứngđược yêu cầu trên là điều khó khăn Ở đây, chúng em đãthiết kế cơ cấu lái điều khiển 2 bánh độc lập dùng haicấp tốc độ Ưu điểm lớn của cơ cấu lái này tốc độxuất phát rất nhanh và linh hoạt

 Đối với Robot trung tâm:

Khi phân tích kỹ ta thấy rằng Robot trung tâm chỉchạy một đường thẳng, sau đó tách thành 2 phần khitiếp cận vùng tháp báo hiệu Với cơ cấu lái này, ta sẽbố trí hai động cơ truyền động chính ở phía sau để cóthể chạy với tốc độ cao đến chiếm ngọn đuốc trungtâm một cách nhanh nhất (1s), một động cơ trên con chởvà một động cơ trên robot bỏ bóng nhiên liệu Các côngtắc hành trình sẽ được tổ hợp để nhận dạng khaycần bỏ bóng nhiên liệu với độ chính xác cao Qua thựctế cho thấy, với cơ cấu lái này Robot chạy rất êm, ít bịgiật như cơ cấu lái hai động cơ

 Đối với Robot tự động vòng ngoài:

Yêu cầu của các Robot tự động vòng ngoài làchạy theo vạch trắng và khả năng xoay quanh tâm, chỉcó phương án lái với hai động cơ truyền động độc lậpcho 2 bánh kết hợp với bánh đa hướng mới thực hiệnđược yêu cầu này Do đó, tất cả các Robot ghi điểm

quà nhỏ của chúng em đều sử dụng hệ thống lái theocách này.

Với thiết kế cấu trúc cơ khí và cách lái như trên, sau khiphân tích kỹ các cách bố trí cảm biến nhóm đã quyếtđịnh sử dụng cách bố trí cảm biến như hình 2b

Như vậy, Robot sẽ sử dụng 4 cảm biến dò đường và 1cảm biến đếm vạch Và mỗi động cơ lái sẽ có 2 cấptốc độ:

 Cấp tốc độ thứ nhất sử dụngnguồn 24v DC

 Cấp tốc độ thứ hai được điềuchỉnh bởi bộ băm điện áp mộtchiều

Bảng điều khiển hệ thống lái của Robot :

hoạt động

Sensor 1

Sensor 2

Sensor 3

Sensor 4

2.2.2 Cách bỏ bóng:

Sau khi nghiên cứu kỹ luật chơi nhóm đã đề ra 3phương án để bỏ bóng là :

+ bỏ bóng theo đường chéo

+ bỏ bóng 2 ngọn đuốc bên cánh trái

+ bỏ bóng 2 ngọn đuốc bên cánh phải

Sensor 1

Sensor 2

Sensor 3

Sensor 4

2.3 THIẾT KẾ CẤU TRÚC CƠ KHÍ:

2.3.1 Đối với Robot bằng tay: Có các bộ phận chính

như sau:

 Rulô lấy bóng:

Chức năng của rulô là lấy bóng nhiên liệu và bỏ bóngvào đĩa nhiên liệu, sở dĩ chúng em chọn cách lấy bóngbằng rulô là vì thời gian lấy bóng rất nhanh chỉ cầnchỉnh xe đúng hướng và lấy, còn với cơ cấu xúc ta phảicần tới nhiều động tác đó là: chỉnh hướng xe, cho xevào đúng vị trí,xúc, nâng bóng nhiên liệu lên, rồi dichuyển Yêu cầu của rulô là trục rulo thẳng, xốp làmrulo phải mềm có độ đàn hồi cao

 Thùng chứa bóng

Chức năng của thùng chứa bóng là dùng để chứacác quả bóng nhiên liệu sau khi được lấy lên từ rulo

 Cơ cấu phân bóng nhiên liệu

Chức năng của cơ cấu phân bóng dùng để vừa phânbóng vào băng tải vừa phân bóng vào rulo để đưabóng vào đĩa nhiên liệu

 Băng tải:

Nhiệm vụ của băng tải là phải di chuyển các quảbóng nhiên liệu từ khi lấy lên rồi đưa lên trên vào súngđể bắng bóng vào các ngọn đuốc vòng ngoài, băng tảiđược chế tạo từ 1 sợi đai bằng vải và được truyềnđộng bởi động cơ nâng kính

Băng tải phải đảm bảo độ bám để tải các quả bóngnhiên liệu Đồng thời phải đủ mạnh để có thể một lầnnhiều quả bóng lên súng

 Khung xe:

Robot bằng tay có tốc độ cao, khả năng va chạmlớn nên chúng em thiết kế khung xe bằng sắt rộng 90 x95cm Phía trước là rulô, phía trên sàn robot có cơ cấuphân bóng ,băng chuyền và súng, phía dưới sàn xe cósúng dùng để chống knoo-out đồng thời hạn chế đốiphương ghi điểm vào các đĩa nhiên liệu

Robot tự động nhỏ bao gồm 3 động cơ (liệt kê cácđộng cơ) Với động cơ lái phải dùng 1 rơle làm nhiệm vụđảo chiều ,việc đóng mở và băm đều dùng transistor