ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: ROBOT LEO CẦU THANG

Trang 1

Dé án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Tran Xuân Tùy

MUC LUC 9:19) 10511777 4 TNG QUAN VỀ CÁC LOẠI ROBOTT - 5-5-5 s< << sseseseseseesesesesesssee 4 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIÊN CỦA ROBOTT - + k£k£EeEE+EckekeEererererkred 4 1.2 TONG QUAN VE CAC LOẠI ROBOT VƯỢT ĐỊA HÌNH 14 9:10/9) (67711777 - 17

CO SO LY THUYET VE KET CAU CO KHI VA HE THONG DIEU KHIEN .17 2.1 PHAN TICH PHUONG AN VA CHON KET CAU CƠ KHÍ - 17

2.1.1 Chon loat Ong CO ccccessccsssccssssccssseecssseeseeeceseecesesecscaeeeceseesaeeeeseeesesaeesesees 17 2.1.2 Chọn lOạI Ởa1 - - - -G 0G Q30 1g Ki 18

2.1.3 Chọn cơ cầu truyền động ¿65s SxSx E1 1101101111111 1111111111 cx, 20

2.2.PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN HỆ THỒNG ĐIÊU KHIẾN 21 9:19) 660177 .Ô 22

@.\00:7 0c — 22 3.1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BÁNH ĐAI - ¿2 2 SE k+E+EeEeEE£E£E£keEeEerrered 22 3.2 TÍNH TOÁN THIÉT KÉ THÂN ROBOIT 2 ° 2£ 2< EzEE£S+E£xxez 23 3.3 TÍNH TOÁN THIẾT KÉ BỘ TRUYÊN GIẢM TÓỐC - 5-5-5555: 24

3.3.1 Chọn loại XÍCh . - - - - - << << 2 01101111 112133050 0 HH cớ 24

3.3.2 Chọn số răng đĩa xích - - ssSxsEx E111 T3E111 1181111 111111 xe rervep 28

3.4 ROBOT ĐÃ THỊ CÔNG - - - Sa SkEEEESE E131 T311 cách 29

GIỚI THIỆU THIET BI DIEU KHIỂN SỬ DỤNG 5 < 55s s5 33 4.1 SƠ ĐÔ KHÔI 6 Se SH E13 11115 1111111111.11 111111 1111111 111111 1 11L 33 4.1.1 Sơ đồ mạch nguyên lý -s %+kSE£S+EEEEESEEETE SE E271 Tererkee 33 4.2 CAC CHI TIEU CUA SAN PHẬM ¿<< SESEEEEESEExckckgErrererererei 36

,»H©.i ó0 36

4.2.2 Chất lượng sản phâm - ¿ 2 2 SE SE‡EEEE4EEE3131515 181111113111 12.0 36 4.3 THIẾT KẾ MẠCH THU, PHÁT SÓNG RADIO - - + <6 +x£E+Es£e£ezxd 36 4.3.1 Giới thiệu về truyền thông nối tiẾp - ¿+6 Sz+kEk£EE£E£EEEEE cv x re, 36 4.3.2 Truyền thông nối tiếp di bộ và đóng khung đữ liệu - - - 2 << s£szssez 38 4.3.3 Khối thu, phát RF không có IC giải mmã - 2 - ® + +E+E#E£EeE xe rxcesee 39

Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cau thang Trang I

Trang 2

Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy

4.3.4 Mạch phát thu co ÏC ø1ả1 rmÃ - - ( G 1183101183 30181 11 9 10 1 11 8 ng 40

4.4 SƠ ĐƠ MẠCH THHỤ 2-52 <2 SE EEEEEEESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEECEEErerkrkei 44 4.4.1 Giao tiếp SC22772 - ¿+ StSt1E3 13113 11311115115 111181111815 11 1315111101111 10120 45 4.4.2 Điều khiển kênh nhận 2 2 £®+® ££E££E££E£EE£EE£EE£EEEEEEE 2831233220 46 4.5 MỘT SỐ THƠNG TIN VỀ IC P89V51RD2 - 2-2-5252 SEEekeErkcxet 47

4.5.1 Hình dang thực tế và m6 phon cecescsseseesseseseesessessesseseessenseseetees 47 4.5.2 Khái quát các tính năng - - <5 1999088 3 1 111 0.1 0 ng vn 48

4.5.3 Tổ chức bộ nhớ . -¿- 6© ©6£ kẻ + SE Ek9EEEEkEkSEE1EE21115E1113113 112111110, 50

4.5.4 Định nghĩa các thanh phi chức năng - + <5 2311 133555E££5E5255555eezxx 52

4.6 NGUYEN LY DIEU KHIEN CỬA RƠLE 8 CHÂN . 2-5 s+s+sez 53 4.6.1 Gioi thiGu role seeesecsesscsessessssecsesecsesaesecsesecsecsesecsesessesarecsesesecavsvecsesesscacananees 53

4.6.2 Ung dung trong mach dién

4.6.3 Nguyên ly điều khiển đơng cơ bằng mạch EET + roÏe -. ¿- - 25 2 se: 55

4.7 NGUYEN LY HOAT DONG FET IRF3205 ccccccscsssssessessesscssessesessessesssseseseaes 56

4.7.1 Câu tao cla Mosfet c.cccccccccccscssssssscsssesecesecsesssssesesesececscacsescatscsnsesecseeacaeseasenees 56 4.7.2 Nguyen ly 010 — 57 4.8 Nguyên ly hoat đơng opto P521 - s33 111 11111 rkd 59 4.9 ĐỘNG CƠ DC - te E111 1 111 101111113 1111111151311 11 11111 ckrri 59

4.11 MẠCH ĐIÊU KHIÊN ĐÃ THỊ CƠNG 2 6 k£E+E#EEE+E£EeEeEererkrkd 60

TRINH CHO VI DIEU KHIEN cccccccsssssscssssssssssssssessssssssssesassssssesssesasassesssssessssesace 62 9:10/9)165 10121277 67 CHƯƠNG TRÌNH ĐIÊU KHIỂN ROBOTT 52 < << ssesesese«seseses 67 6.1 LƯU ĐỒ THUẬTT TỐN - 2 2 ¿ k+k£SE£EẻSE*EEEEEEEEEEEESEEEEEEEECEEkEkrkrkei 67 6.2 CHUONG TRINH ASSEMBLY 70

Dé tai: Thiét ké, ché tao Robot leo cau thang Trang 2

Trang 3

LỜI NÓI ĐẦU

"Từ xa xưa khát vọng chinh phục tự nhiên luôn thôi thúc con người tìm tòi, nghiên cứu khoa học Đến nay con người đã đạt được các thành tựu khoa học to lớn trong nhiều lĩnh vực, kế cả chinh phục các khoảng không gian mà trong giới hạn của con người không cho phép, bằng việc chế tạo ra các robot thông minh có thể hoạt động một cách độc lập và linh hoạt trong các môi trường khắc nghiệt, nguy hiểm nhất

Là sinh viên theo học khối kỹ thuật nói chung và ngành Cơ Điện Tử nói riêng, được học và thừa hưởng các kiến thức khoa học mà các thế hệ đi trước đã để lại, ngoài

việc phải nắm vững các kiến thức sẵn có thông qua việc học lí thuyết , các sinh viên kỹ

thuật còn phải đưa các kiến thức đó vào thực tiễn thông qua việc tự tạo ra các mô hình khoa học có khả năng ứng dụng vào thực tiễn vì vậy đồ án tốt nghiệp chính là cơ hội tốt nhất cho chúng em sử đụng các kiến thức được học ở trường

Có thể nói Robot là một thành tựu của Cơ Điện Tử đã xuất hiện từ sớm và đang

có những thay đôi mạnh mẽ, thông minh hơn, linh hoạt hơn, chính xác hơn Bên cạnh đó

việc ứng dụng công nghệ không dây vào việc truyền nhận thông tin giữa người điều

khiển và Robot giúp cho Robot hoạt động có hiệu quả hơn nhờ được điều khiến trực tiếp từ con người trong những tình huống bất ngờ mà bản thân không thể xử lý được, ngoài ra nó cũng mang đến sự an toàn cho người điều khiển trong các môi trường công việc nguy hiểm

Từ đó, chúng em chọn dé tai: “THIET KE, CHE TAO ROBOT LEO CAU THANG” cho đồ án tốt nghiệp của mình Robot được điều khiển bằng hai cách thông qua máy tính cũng như tay cầm

Tuy đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu và sử đụng các kiến thức bản thân nhưng do

sự hạn chế về mặt kiến thức mà khoa học về Robot lại rộng lớn nên chúng em không thể tránh được những thiếu sót hay mặt công nghệ có thể còn lạc hậu Vì vậy chúng em tất mong nhận được sự chỉ bảo tận tình của các thầy trong khoa giúp chúng em bổ sung và nắm vững vốn kiến thức của mình

Chúng em xin cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Trần Xuân Tùy cùng các thây trong khoa Cơ khí đã giúp chúng em hoản thành đồ án này

Sinh Viên Thực Hiện Đặng Xuân Hải Nguyễn Duy Khiêm

Để tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 3

Trang 4

Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Tran Xuân Tùy

CHUONG 1:

TONG QUAN VE CAC LOAI ROBOT

1.1 LICH SU PHAT TRIEN CUA ROBOT

Một bước di chuyển ngắn của robot đồng nghĩa với một bước phát triển lớn về tri thức của nhân loại Sáng tạo ra robot là niềm vinh hạnh của con người Chủng loại robot

hiện nay khá phong phú, chúng thực hiện được rất nhiều chức năng: từ thăm dò chinh

phục vũ trụ, hỗ trợ thầy thuốc chân đoán bệnh, giúp đỡ người khuyết tật, cho đến vận chuyên đồ vật và tham vui chơi cùng với trẻ em Các nhà nghiên cứu châu Âu và Mỹ đã phóng nhiều robot lên sao Hoả, nhằm khám phá, thăm đò và chinh phục Hành tỉnh này Theo kế hoạch đã định, tàu vũ trụ Mars Express của châu Âu, sau khi vượt qua chặng đường 485 triệu km đã thực hiện động tác cho Robot Beagle-2 tiếp "đất" sao Hoả vào đêm Noel năm 2003 Về phần mình, NASA đã cho 2 robot cơ động (Rovers) hạ cánh xuống bề mặt Hành tinh Đỏ vào tháng Giêng năm 2004 Mục tiêu của các robot này không nhỏ: tìm kiếm dấu vết của nước và có thê là dấu vết của sự sống, đã từng ton tại trên hành tinh láng giềng của Trái đất Nếu vượt qua được thách thức này, thì robot quả

thật đã thực hiện được một cuộc thám hiểm vũ trụ kỳ điệu

Lĩnh vực thứ hai mà robot phát huy tác dụng tích cực là hỗ trợ thầy thuốc khám, chân đoán và phát hiện bệnh Robot còn hỗ trợ người khuyết tật thực hiện các thao tác hàng ngày, mà họ không làm được.Nhóm robot khác có hệ thống máy móc tạo khả năng

tự hành cao hơn, giống "người" hơn: ví đụ như ô-tô tự điều khiển (không cần sự hỗ trợ của người); robot thích ứng thăm dò biển thế hệ thứ ba - loại robot này đi được gần giống người Nhóm robot này hoạt động ở những địa điểm nguy hiểm nhất mà con người không thâm nhập được, như trong nhà máy điện hạt nhân hay trong núi lửa Hiện nay, việc nghiên cứu kỹ thuật robot còn đang ở giai đoạn đầu, nhưng đã có những ứng

dụng ban đầu rất thành công Có thể khẳng định, đây là lĩnh vực công nghệ rất có triển

vọng Trong nhóm robot hỗ trợ, người ta đã tạo được một số robot có khả nang di chuyên tối ưu, gần giống di chuyển (cử động) của người Phòng Thí nghiệm tin học, Kỹ thuật robot và Vi điện tử Montpellier (LIRMM) Phap đã chế tạo thành công và cung cấp cho các nhà phẫu thuật dụng cụ robot hỗ trợ, cải thiện các thao tác phẫu thuật Ví dụ điển hình là dụng cụ robot tách bóc đa trong phẫu thuật ghép da bị bỏng Trên thực tế, thao tác này đòi hỏi phải thực hiện rất chính xác, ít phẫu thuật viên thực hiện được hoàn hảo, trong khi dụng cụ robot do LIRMM cung cấp thực hiện rất tốt Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia của Pháp đánh giá: "Dụng cụ robot có khả năng xác định chính vị trí làm việc của mình và xác định được chuẩn khoảng cách giữa tay và mắt của phẫu thuật viên Dụng cụ robot có thể giúp phẫu thuật viên không bị run tay và

Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cau thang Trang 4

Trang 5

tăng tốc thao tác, nhất là trong vi phẫu thuật" Đối với phẫu thuật tim, dụng cụ robot cũng hỗ trợ được rất nhiều: mở lỗng ngực chính xác (đúng vị trí) cho bệnh nhân, tự động thực hiện một số nhiệm vụ lặp đi lặp lại (như thao tác khâu vết mồ chang han) Tai LIRMM, các chuyên gia đang nghiên cứu điều khiến robot thực hiện thao tác khâu tim thao tác không thể thiếu khi đóng lồng ngực, mà không làm tim ngừng đập Đây là thao tác rất phức tạp và đòi hỏi độ chính xác cao LIRMM đã thành công trong việc chế tạo dụng cụ này, có thể nói, đây là một kết quả mỹ mãn Trước đó, LIRMM đã phối hợp với Phòng Thí nghiệm Kỹ thuật Robot Paris (LRP) và Phòng Thí nghiệm Kỹ thuật ảnh, mô hình hoá và khả năng nhận biết (TIMC), Uỷ ban Năng lượng Nguyên tử Quốc gia (CEA) của Pháp v.v trong khuôn khổ dự án Robea Gabie Mục tiêu và nhiệm vụ chính yếu của Dự án này là thiết kế "Hệ thống chỉ dẫn bằng ảnh toàn ký", phục vụ phẫu thuật tim Trong một lĩnh vực hoàn toàn khác, các chuyên gia của LIRMM đã thiết kế hệ robot biết sửa chỉnh đồ mỹ nghệ Nhờ có hệ robot này, nghệ nhân có khả năng nhân đôi

giá trị tác phẩm điêu khắc của mình

Trong thực tế, đã có những robot dạng này đang sử đụng trong công nghiệp và sản xuất những vật phẩm đồng nhất Song, trong thiết kế và sản xuất loại thiết bi này đã không tính đến những đường gân của sản phẩm, độ sù sì của vật liệu và những đường nét riêng của người sáng tạo ra sản phẩm mẫu Tại đó, nghệ nhân khắc trạm theo cảm giác ảo riêng và bằng bàn tay của mình Các thao tác này có thê hiệu chỉnh được bằng robot với mức kích cỡ thực trên cơ sở mẫu điêu khắc của người sáng tạo Viện Bảo tàng Louvre ở Paris rất quan tâm đến loại robot này Như vậy, các lĩnh vực tỉnh tế như y học

và ngay cả mỹ thuật kỹ thuật robot cũng đã xen vào được.Trong tương lai, sẽ có một loại robot khác, có khả năng thực hiện một số hoạt động thay thế hoàn toàn cho con người đang phải đảm nhiệm hiện nay

Để thiết kế được loại robot này, các nhà nghiên cứu phải có nguồn cảm hứng tuyệt vời: đó là sự sống Một số động vật có khả năng giao cảm và thích ứng với sự thay đổi của môi trường Do đó, người ta đã nảy sinh ý tưởng thiết kế robot mô phỏng theo một số loài vật Trung tâm Nghiên cứu về sự nhận biết của động vật (CRCA) ở

Toulouse đã nghiên cứu "trí tuệ" của loài kiến thông qua Kiến Robot Kiến Robot được

đưa vào trong tô kiến và kết giao với các loài côn trùng khác Kiến Robot sẽ hội nhập xã hội côn trùng và có khả năng gây ảnh hưởng đến các quyết định của cộng đồng côn

trùng.Trong khuôn khỏ của Dự án châu Âu Leurre, mà CRCA tham gia, các nhà nghiên

cứu Pháp sẽ thực hiện các nghiên cứu mô phỏng về Rán Robot Nhánh kỹ thuật robot này sẽ tạo ra các hệ robot chắc chắn, linh hoạt, hiệu suất cao và giá rẻ Trong tương lai gần, robot động vật sẽ tạo ra khả năng mới trong lĩnh vực thám hiểm các vùng lãnh thổ chưa từng biết đến Nhóm nghiên cứu Animartlab trực thuộc Phòng Thí nghiệm của Đại

học Paris VI (LIP6) thử nghiệm lựa chọn thiết kế chế tạo Chuột Robot với lý do chuột là

Trang 6

động vật có hệ thần kinh phát triển nhất và con người biết về nó rõ nhất Chuột Robot

được mang tên Psikharpax tên của vua chuột trong truyện phỏng theo thần thoại "Từ IHiade đến Home" Chuột Robot được gan chuong trinh tin hoc nay, dam bao dé robot thực hiện được các chức năng chính như di chuyển và định vị, lựa chọn thao tác, Hiện tại, Chuột Robot đang trong quá trình chế tạo Chuột nhân tạo sẽ được thả vào môi trường mới lạ và phải học thích ứng với môi trường đó Phòng Thí nghiệm Tự động Besancon vừa đưa vào vận hành robot kích thước nhỏ, gọi 1a vi robot, có khả năng vận chuyên những vật thể kích thước bằng một noãn bảo (vài chục micromet) Với loại vi robot này, người thày thuốc có thể điều khiển đễ dàng một noãn bào, mà không sợ hư hại Robot này có thể áp dụng cho quá trình thụ tỉnh in-vitro Phòng Thí nghiệm tự động Besancon còn thiết kế chế tạo được hệ thống (tram) v1 điều khiển cực nhỏ, đặt được vào

trong kính hiến vi điện tử quét Với thiết bị này, ta có thể đễ dàng nhận biết điều khiển

một vật thể kích thước bằng hạt cát như một đồ chơi của trẻ em.Song song với công trình nghiên cứu chế tạo Chuột Robot, nhóm Animartlab còn muốn chế tạo chim Hải Âu nhân tạo Robot có cánh vỗ, có khả năng chạy, bay theo gió, sau đó hạ cánh Hệ thần kinh và hình dáng của loại robot này sẽ được mã hoá trong "Bộ gen" của nó và sẽ được cải tiễn thường xuyên từ thế hệ này đến thế hệ khác

Bên cạnh đó, các nhà nghiên cứu thuộc Phòng Thí nghiệm dụng cụ và quan hệ Người Máy (LIRIS) ở Verily cũng đang sử dụng quy trình này dé chế tạo các bộ phận của robot khác.Robot nhận biết cảm xúc của người Bạn thả mình xuống ghế bành, bật

mát thu hình và xem một bộ phim nào đó trên truyền hình Trong phim có thể xuất hiện

cảnh buôn, thương tâm, bạn quay tìm chiếc khăn mùi xoa Tuy nhiên, bạn không cần

phải tìm nữa, robot giúp việc gia đình đã mang đến cho bạn, lau nước mắt cho chủ nhân

của nó và bạn sẽ nở một nụ cười Đó có phải là khoa học viễn tưởng? Từ lâu, con người

đã đặt niềm tin và nhánh tin học được mệnh danh là "Máy tính biết cảm xúc" Nhờ có

bộ môn này, đến một ngày nào đó, máy tính sẽ nhận biết được cảm xúc của người và thể hiện cảm xúc của nó với người.Phòng thí nghiệm Heudiasyc, có trụ sở tại thành phố CompIiègne (Pháp) đã tự đặt nhiệm vụ cho mình: nghiên cứu các phương pháp phân tích nét mặt và nhận dạng nét mặt người.Cảm xúc của người, tựu trung lại thể hiện ở 6 loại: vui vẻ, giận dữ, sợ hãi, chán nản, ngạc nhiên và buồn rau Dé nhan dạng cảm xúc của người, giai đoạn đầu tiên đối với máy tính là tìm khuôn mặt của người, sau đó lập mô hình tĩnh trên cơ sở 40 thông số Việc lập mô hình sẽ cho phép xác định được loại xúc động, thể hiện trên nét mặt.Những kết quả đầu tiên của công trình nghiên cứu này rất đáng khích lệ, vì tỷ lệ nhận dạng được vào khoảng 85% trên ảnh có định của nét mặt Tuy nhiên, nhiệm vụ còn rất phức tạp, vì sự xuất hiện nét mặt người rất khác nhau, do

đó rất khó thông số hoá được (râu, nếp nhăn và kính làm nhiễu loạn sự nhận dạng) Mặt khác, máy tính không lập được mô hình đối với khuôn mặt không được chiếu sáng đủ

Trang 7

và ở vị trí không thuận lợi Ngoài ra, còn có nhiều trường hợp cảm xúc khác nữa Các giải pháp áp đụng ở đây là phân tích sự thay đổi của nét mặt bằng kỹ thuật video.Kỹ thuật robot đã tính đến việc ứng dụng kết quả của công trình này cho nhiều lĩnh vực khác nhau Song, có một điều khẳng định là công nghệ này sẽ được đưa vào ứng dụng rất nhanh trong đời sống thường nhật

Trong thế giới robot, cách đây không lâu vừa xuất hiện loại robot đặc biệt, thay thế con người hoạt động ở những vị trí đặc biệt nguy hiểm, ví dụ trong trường hợp xảy

ra sự có ở nhà máy điện hạt nhân, loại robot này phát huy tác dụng rất tích cực Trong số các robot loại này phải kế đến Quimporte robot do CEA phát triển Quimporte có khả năng thực hiện một số thao tác, như: mở van hoặc mang một vật nặng tới 5kg Hệ thống điện tử của robot này chịu được bức xạ 10.000 lớn hơn khả năng của con người Trong lĩnh vực thám hiểm, robot Hylos, do LRP thiết kế, được trang bi co cầu chuyển động lai ghép (bánh xe được nối với tay máy), do đó có thể vượt qua được vật cản cao 20 cm Hylos có hệ thị giác 3 chiều (3D), có thể vẽ được bản đồ số tại chỗ và nhận dạng được

câu trúc của đất Người ta còn có thê sử dụng robot này để gỡ mìn, thăm đò hành tỉnh

khác, nghiên cứu cơ chế hoạt động của núi lửa v.vCuối cùng là họ hàng nhà vi robot (microrobots) và robot thăm dò sao Hoả.Robot nhỏ nhất thế giới hiện nay được chế tạo cuối năm 2003 tại LRP với kích thước: dài 3,5 mm, rộng 6 mm và cao 0,5 mm Robot này có khả năng mang vác khối lượng lớn gấp 2000 lần trọng lượng của chính nó Trong tương lai, v1 robot sẽ rất đắc dụng, đặc biệt là trong lĩnh vực thông dòng (thông đường ống)

Robot đầu tiên được đưa lên sao Hỏa mang tên Sojourner, chế tạo năm 1997

Sojourner duoc diéu khién từ Trái đất Tháng Giêng năm 2004, 2 robot Rovers của Mỹ

đã tiếp cận sao Hoá, mỗi ngày tự đi chuyển được cỡ chục mét Phòng Thí nghiệm phân tích và kiến trúc hệ thống (LAAS) ở Toulouse đang phát triển loại robot tương tự, có khả năng thích ứng với môi trường mà nó hoạt động Robot này được đặt tên là LAMA,

có hệ thị giác 3D LAMA có khả năng đựng lại bản đồ từ đầu đến cuối hành trình mà nó

đã đi qua LAMA còn nhận dạng được môi trường nhờ có hệ thị giác Ngoài ra, robot

nảy còn có khả năng phân.Robot điển hình trong công nghiệp được hình dung như cỗ

máy thực hiện các tác vụ khó khăn, nguy hiểm hay thậm chí rất đần độn nữa Chúng

nhấc những vật nặng, xách các thùng sơn hay hóa chất độc hại, hay làm công việc lắp ráp khác trong hàng giờ liền, ngày qua ngày với một độ chính xác không thay đổi

Chúng không bao giờ mệt mỏi nên chúng không phạm các sai lầm do mệt mỏi đem lại Chính vì thế, robot rất lý tưởng cho công việc kiểu lặp đi lặp lai Theo cau tric co khí, robot có thê được phân chia thành các loại chính như sau:

Trang 8

Cylinderical Rohat |-

AE

Hinh 1.2 Cylindrical robot

Sử đụng trong công nghệ lắp ráp, cầm nắm các máy công cụ, hàn điểm Loại robot này, trục có dạng hệ tọa độ trụ

Trang 9

Articulated Robot

Hinh 1.5 Articulated robot

Sử dụng để lắp ráp, đánh bóng, hàn hoi, hàn theo cung, sơn phun Loại robot này

Trang 10

số loại robot chuyên dụng như: nạp nhiên liệu, gap phôi đúc, khoan, rèn, sản xuất kính, nghiền, xử lý nhiệt, cầm nắm máy móc và các bộ phận, đo, điều khiển phóng xạ, xiết Ốc, sắp xếp, làm sạch máy móc, điều khiến chất lượng, tán rive, phun cát, thay công cụ và hàn.Bên ngoài thế giới sản xuất, robot còn nắm giữ nhiều công việc quan trọng Robot

có thể được thấy trong các nhiệm vụ mạo hiểm, thiết kế CAD/CAM, lay mau, bao tri, cứu hỏa, y tê, quân sự va trong nông trại

Hinh1.8 Demeter

Trong hình trên, lẽ ra nông dân phải lái hàng triệu chiếc xe ủi chậm chạp trong hàng dặm, quanh năm trên cùng một khu đất Xác định rằng khu đất rất rộng lớn Robot được chứng minh tính hiệu quả trong trường hợp này Robot gặt hái tên Demeter là một mô hình của công nghệ robot di động kiểu thương mại hóa Demeter

chứa bộ điều khiến, định vị, cảnh báo an toàn và phần mềm tác vụ chuyên biệt hóa cho

Trang 11

D6 an Tot Nghiép GVHD: PGS.TS Tran Xuân Tùy

và thiết bị lây mẫu Một bản đồ tự động dùng đề tạo ra cấu trúc 3D bên trong tòa nhà Một thiết bị cắt và thu thập mẫu vật Ngoài ra nó còn được trang bị bộ giáp chéng phong

xạ và các cảm biên đo đạc môi trường khác

Với 8 chân và dây kéo, robot Dante II có thể đi xuống sâu vào miệng núi lửa đang hoạt động Mt Spurr, một ngọn núi lửa vùng Alaska nam cach 90 đặm về phía tây Anchorage Nhiệm vụ của Dante II là di chuyển tự động trên các địa hình gỗ ghê và trong một môi trường cực kỳ khắc nghiệt Nó nhận các hướng dẫn từ thiết bị điều khiển

từ xa, thử nghiệm các phương pháp thông tin phức tạp và chương trình điều khiến, xác

Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 11

Trang 12

vào các hỗ đang phun của các núi lửa đang hoạt động Ngoài ra, nó đang thê nghiệm

công nghệ cần thiết phải trang bị cho robot để có thể thám hiểm bề mặt Mặt trăng hay các hành tinh khác Những robot đó phải có khả năng di chuyển trên các bê mat lom

chởm và trong một môi trường khắc nghiệt, nhận lệnh điều khiển từ trung tâm vận hành

ở rất xa để biết phải đi tới đâu, những mệnh lệnh đó phải được robot tự vận hành để

NASA và Đại học Santa Clara Các nhà khoa học đã thả một thiết bị tự hành điều khiển

từ xa (TROV) vào trong lòng Bắc Băng Dương để nghiên cứu các tàn tích của tàu săn cá voi đẫm từ năm 1871 TROV duoc dong day tir tau Polar Star ở trên mặt biển TROV giúp định vị hai tàu với sự trợ giúp của stereo video camera và cơ cấu điều khiển tương

tự như robot thăm dò sao Hỏa Mars Pathfinder Trong những bức hình khác, TROV cũng đã thu thập các thông tin khảo cỗ và thông tin về môi trường nước tại đây Bằng cách nghiên cứu sâu về môi trường Trái Đất, các nhà khoa học đang dần chuẩn bị cho việc nghiên cứu môi trường trên các hành tỉnh khác.Robot trong không gian.Robot trong không gian của NASA rơi vào một trong ba tác vụ: Robot thám hiểm, Robot bảo trì thiết

bị và robot trợ giúp bay trên quỹ đạo Vẫn có mối liên hệ giữa robot thương mại trên Trái Đất và robot không gian Phần chung đó chính là các công nghệ được chuyên tiếp sinh ra từ các chương trình robot không gian áp đụng vào robot thương mại và một số công nghệ chế tạo các bộ phận của robot như là thiết kế các khớp, các cơ, dây chang, khung xương và công nghệ cảm biến.Hiện nay, có hai thiết bị quan trọng đã được kiểm chứng như là các robot không gian Một là xe vận hành có điều khiển - Remotery

Trang 13

Pathñnder Ngoài ra, một số trung tâm khác của Nasa cũng đang nghiên cứu phát triển

các robot thám hiểm các hành tinh và robot không gian

Hinh 1.13 RMS Hiện nay, loại robot phố biến nhất là các tay máy thường được ding trong san xuất Các cơ cầu tay máy mô phỏng các cử động của cánh tay con người với những chuyển động không chỉ trái phải, lên xuống mà đôi khi xoay vòng 360 độ các cỗ tay —

việc mà con người không thể làm được Có hai loại tay máy Một là tay máy vận hành

bởi máy tính và được lập trình cho các tác vụ có sẵn Loại khác cần vận hành của con

Trang 14

người thực thụ để điều khiển áp lực và cách thức chuyển động của cánh tay Tay máy

RMS cia Nasa có thể biểu điễn các cử động trong nhiều tác vụ không gian như cầm

năm, lắp rap, dat để, câu các thiết bị phục vụ cho các phi hành gia khi làm việc trong không gian

1.2 TÔNG QUAN VÉ CÁC LOẠI ROBOT VƯỢT ĐỊA HÌNH

Cùng với sự phát triển của rất nhiều loại robot phục vụ cho các nhu cầu khác nhau của con người, robot vượt địa hình cũng là loại hình robot được rất nhiều nước quan tâm nghiên cứu và sản xuất nhờ vào các ứng dụng rộng rãi của nó đối với đời sống hàng ngày

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, sức khỏe và tính mạng của mỗi một con người ngày càng được coi trọng Chính vì thế, trong những điều kiện làm việc độc hại hoặc nguy hiểm, robot điều khiễn từ xa vượt địa hình sẽ được sử dụng đến để thay cho COn ngưỜi

Cùng với Nhật Bản, Hoa Kỳ là nước đi tiên phong trong việc ứng dụng robot vào đời sống hàng ngày Công ty I-robot là công ty sản xuất robot lớn của Hoa Kỳ, chuyên nghiên cứu và cung cấp các loại robot vượt địa hình phục vụ các nhu cầu khác nhau của con người Dưới đây là một số mẫu robot của công ty:

Hinh 1.14 iRobot 210 negotiator Robot này chuyên làm nhiêm vụ xâm nhập, do thám vào những vùng nguy hiểm Chang hạn như vào trong một tòa nhà đang cháy để tìm người bị nạn thay cho lực lượng chữa cháy hoặc được dung trong những vụ giải cứu con tin của cảnh sát, với camera truyền

hình ảnh trực tiếp về người điều khiến, ta có thể biết được vị trí của tội phạm cũng như

Trang 15

Hình 1.15.iRobot 710 Warrior Robot này được sử dụng trong quân đội, nó như một chiến binh, mang các khí tài quân sự cũng như vận chuyên các robot khác phục vụ cho tác chiên

Hinh 1.16 iRobot 510 Packbot

Robot nay ngoai nhiém vu vuot dia hinh dé thâm nhập do thám ở những nơi

Trang 16

Robot này được phục vụ trong quân đội, không chỉ có khả năng vượt địa hình, nó còn có cánh tay 3 bậc tự đo để mang vác, tháo đỡ các vật nặng Robot này có tốc độ rất cao cộng với khả năng điều khiển từ xa ở cự ly lớn, được quân đội Hoa Kỳ rất ưa chuộng

1.3 SU PHAT TRIEN CUA ROBOT VUQT DIA HINH TAI VIỆT NAM

Dù đã lùi vào đĩ vãng, nhưng hậu quả của cuộc chiến tranh vẫn hiện hình qua hàng trăm vụ nô bom mìn còn tôn tại trong long đất Chính vì ly do nhân đạo, cuộc thi

sáng chế robot rà phá bom mìn do Hội Cơ Khí TP Hồ Chi Minh va Trung Tâm Công

nghệ xử lý bom mìn (Bộ Tư lệnh Công bình) phát động

PGS-TS Đặng Văn Nghìn, Trưởng ban tô chức cuộc thi, Chủ tịch Hội Cơ khí TP Hồ

Chí Minh, cho biết hiện nước ta còn tới 6,6 triệu ha đất, mặt nước (chiếm 20% diện tích

cả nước) chứa bom mìn Dù đã rất có gắng, nhưng với tốc độ làm sạch bom min chi được khoảng 20.000 ha/năm như hiện nay thì cần 300 năm nữa nước ta mới rũ sạch

được khối chất nỗ cùng những ám ảnh của chiến tranh Chính vì thế, nhằm huy động

sức lực và trí tuệ của mọi người dân tìm giải pháp, thiết bị để rà phá bom mìn, Hội Cơ khí TP Hồ CHí Minh và Trung tâm Công nghệ xử lý bom mìn (Bộ Tư lệnh Công binh)

đã phối hợp phát động cuộc thi sang tạo robot phá bom mìn rộng rãi trên cả nước

Hình 1.16 Cuộc thi ROBOMIN

Khi chọn đề tài này, chúng em muốn những ý tưởng về các robot vượt địa hình cũng như rà phá bom mìn không chỉ đừng lại ở một cuộc thi mà phải phát triển thành một phong trào thực sự Ứng dụng của robot vượt địa hình phải thật rộng rãi, ngoài việc rà phá bom mìn còn phải có khả năng vượt được các địa hình phức tạp hơn như leo được câu thang để thay thế con người đi vào những khu vực nguy hiểm Địa hình cầu thang là loại địa hình phức tạp nhất, chính vì thế, vượt được cầu thang thì ứng dụng của loại hình robot này sẽ thực sự rộng rãi, thay thế dần công việc của con người ở những khu vực nguy hiểm

Trang 17

2.1 PHAN TICH PHUONG AN VA CHON KET CAU CO KHI

Robot leo cầu thang có thể leo bằng ba phương án: leo bằng bánh, bằng xích hoặc bằng đai

Robot leo bằng bánh có khả năng chuyển động êm, nhẹ nhàng nhưng việc thiết

kế, chế tạo kết cầu khó, việc tính toán trọng tâm khi leo cầu thang cũng khó khăn

Robot leo băng xích có thể dễ dàng hơn trong việc thiết kế và chế tạo mô hình hơn robot leo bằng bánh, dễ dàng xác định được trọng tâm hơn trong khi leo nhưng tạo

ra tiéng ồn khi di chuyên, để bị trượt khi leo do ma sát kém

Robot leo bằng đai có thể khắc phục được tất cả các nhược điểm trên một cách

dễ đàng, vậy ta chọn phương án di chuyên cho robot là đi chuyên băng đai

2.1.1 Chọn loại động cơ

- Hiện tại trên thị trường Đà Nẵng có 3 loại động cơ thông dụng đó là: Động cơ

DC bình thường,động cơ đề, động CƠ gạt nước

+ Động cơ DC bình thường: Nhỏ gọn,đễ gá đặt nhưng công suất yếu Vì thế không phù hợp

+ Động cơ đề: Có công suất lớn, phù hợp cho việc truyền động chính cho

robot, nhưng co khó khăn là ta phải quấn lại só vòng dây cho phù hợp với yêu cầu Thông số của động cơ sau khi quấn lại để sử dụng là: điện áp làm việc: 24V, dòng điện làm việc là :1.5A, tải trọng là 30kg

+ Động cơ lep: Có công suất lớn,gá đặt và sử dụng dễ dàng Vậy ta chọn động cơ lep cho hoạt động cần trước của robot

Trang 18

- _ Các thông số kĩ thuật của động cơ:

Điện áp làm việc: 24V Dòng điện làm việc: 1.5A

Khả năng tả1:24Kg

2.1.2 Chọn loại đai

Theo hình đạng tiết điện đai, đai được phân ra các loại: đai dẹt(tiết diện hình chữ

nhật), đai hình thang(đai hình chêm), đai nhiều chem(đai hình răng ) và đai răng

Đai đẹt có các loại: đai da, đai vải cao su, đai vải bông, đai sợi len và dai soi tổng hợp Đai đa có đọ bền mòn cao, chịu va đập tốt nhưng không dùng được ở nơi có axít hoặc âm ướt, giá thành lại đắt nên ít đung Đai vải cao su gồm nhiều lớp vải bong và cao

su sunfùa hóa,được xếp từng lớp cuộn từng vòng kín hoặc cuộn xoắn ốc Nhờ có đặc tính : bền, dẻo, ít bị ảnh hưởng của độ âm và sự thay đôi nhiệt độ, đai vải cao su được dung khá phô biến, rộng rãi Đai sợi bông nhẹ, mềm, thích hợp vớibanhs đai đường kính nhỏ và với vận tốc lớn nhưng khả năng tải và tuôi thọ thấp Đai sợi len nhờ có độ đàn

hồi tốt nên chịu được tải trọng va đập, đồng thời ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, độ âm, axít v.v , tuy nhiên khả năng chịu tải lại thấp hơn các loại đai khác Gần đây bắt đầu

sử dụng các loại đai sợi tổng hợp Đó là các loại đai bằn chất dẻo trên cốt là sợi caprôn với các lớp phủ là nhựa polyamrit trộn với cao su mtrin(CHK - 40) hoặc nhựa natrit Đai sợi tông hợp có giới hạn bền cao (5, =120 -150 MPa) có thể làm việc với vận tốc v <

60m/s, công suất tới 3000 KW

Đai nhiều chêm (đai hình lược — xem hình 2 ) gồm nhiều đoạn nhô hình chêm

phân bố đọc theo mặt trong của đai và tiếp xúc với các rãnh chêm của bánh đai Lớp sợi

(soi vitkozo, soi thủy tính .) là lớp chịu tải chủ yếu Đai hình chêm được chế tạo thành

vòng kín với chiều dài tiêu chuẩn Với cùng một công suất truyền, chiều rộng của dai

nhiều chêm nhỏ hơn so với bộ truyền đai hình thang Sử dụng đai nhiều chêm phối hợp được ưu điểm về độ bám tốt của đai hình thang với ưu điểm liền khối và đẻo của đai đẹt, nhờ đó có thê đung bánh đai nhỏ với đường kính bé hơn và có thê làm việc với tỉ số truyền lớn hơn (u < 15)

Trang 19

Dai hinh thang co tiét dién hinh thang, mặt làm việc là hai mặt bên tiếp XÚC VỚI các rãnh hình thang tương ứng trên bánh đai, nhờ đó hệ số ma sát giữa đai và bánh đai hình thang lớn hơn so với đai đẹt và do đó khả năng kéo cũng lớn hơn Tuy nhiên cũng

do ma sát lớn nên hiệu suất đai hình thang thấp hon dai det

Có ba loại đai hình thang : đai thang thường, đai thang hẹp và đai thang rộng Ở đai thang thường, tỉ số giữa chiều rộng tính toán b, đo theo lớp trung hòa và chiều cao h của tiết diện hình thang b,/h = 1.4, ở đai thang hẹp b,/h =1.5 + 1.1 và ở đai thang rộng b ,/h = 2+ 4.5 Đai thang rộng thường dung trong các biến tốc đai Nhờ lớp sợi có độ bền cao hơn, tải trọng phân bố đều hơn trên chiều rộng của lớp chịu tải trong đai thang hẹp

nên khả năng chịu tải của nó lớn hơn so với đai thang thường, do đó cùng một công suất

cần truyền, chi phí vật liệu làm đai và bánh đai giảm xuống(=2 lần) ; đai thang hẹp có thể làm việc với vận tốc cao hơn v<40m⁄s, trong khi đai thang thường thường làm việc

với vận tốc v< 30m/s Do vậy bên cạnh đai thang thường được sử dụng phổ biến hiện

nay, đai thang hẹp được sử dụng ngày càng nhiều

| Hích thước tiết diện, | Diện tích Đường | Chiều dài

Hình 2.3.Các thông số của đai hình thang

Do yêu cầu của robot leo cầu thang là cần phải có ma sát cao, vận tốc chuyên động thấp (0,6m/s), ta chọn loại đai thang bình thường loại O

Trang 20

2.1.3 Chọn cơ cầu truyền động

Truyền động giữa các trục thông thường dùng các cơ cấu truyền là truyền động bằng bánh răng, truyền động băng xích, bằng đai, bằng vít, v.v Ở đây ta chỉ xét đến 2

cơ cầu thích hợp là truyền động bằng bánh răng và truyền động bằng xích

Truyền động bánh răng dùng để truyền động giữa các trục, thông thường có kèm theo sự thay đôi về trị số và chiều của momen hoặc vận tốc Tuy theo vị trí tương đối của các trục , phân ra: truyền động bánh răng trụ (răng thắng, răng nghiêng, răng chữ V)

dé truyền chuyển động giữa các trục song song ; truyền động bánh răng côn (răng thang, răng nghiêng, răng cung tròn) để truyền chuyên động giữa các trục giao nhau ; truyền động bánh răng trụ chéo hoặc bánh răng côn chéo đề truyền chuyển động giữa các trục chéo nhau Trong quá trình làm việc, răng của bánh răng có thể bị hỏng ở mặt răng như

tróc rõ, mòn, dính hoặc hỏng ở chân răng như gẫy, trong đỗ nguy hiểm nhất là tróc rõ

mặt răng và gẫy răng Đó là các phá hỏng mỏi đo tác dụng lâu ngày của ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn thay đổi có chu kỳ gây ra Ngoài ra răng có thể bị biến đạng dư,

gấy giòn lớp bề mặt, hoặc phá hỏng tĩnh ở chân răng do quá tải Vì vậy khi thiết kế cần

tiến hành tính truyền động bánh răng về độ bền tiếp xúc của mặt răng làm việc và độ bên uốn của chân răng, sau đó kiểm nghiệm răng về quá tải

Truyền động bằng xích thuộc loại truyền động bằng ăn khớp gián tiếp, thường được dùng để truyền động cho các trục xa nhau Có thể đung truyền động xích để giảm tốc hoặc tăng tốc So với truyền động đai, khả năng khả năng tải và hiệu suất của truyền động xích cao hơn, cùng một lúc có thể truyền chuyên động và công suất cho nhiều trục

Tuy nhiên truyền động xích đòi hỏi chế tạo và chăm sóc phức tạp, làm việc có va đập,

chóng mòn, nhất là khi bôi trơn không tốt và môi trường làm việc nhiều bụi Trong thực

tế thường đùng truyền động xích để truyền công suất đưới 100kW, vận tốc tới 15m⁄s

Tuổi thọ của truyền động xích trong các máy tĩnh tị vào khoảng 3000-5000 giờ Bộ truyền xích làm việc có khả năng xuất hiện các dạng hỏng sau : mòn bản lề và răng đĩa, con lăn bị rỗ hoặc bị vỡ, các má xích bị đứt vì mỏi, trong đó mòn bản lề nguy hiểm hơn

cả và thường xuyên là nguyên nhân chủ yếu làm mắt khả năng làm việc của bộ truyền xích Vì vậy chỉ tiêu tính toán cơ bản của bộ truyền xích là tính về mòn, xuất phát từ điều kiện áp suất sinh ra trong bản lề không được vượt quá một giới hạn cho phép

Xuất phát từ yêu cầu làm việc của robot là leo cầu thang, hoạt động trên địa hình phức tạp nên yêu cầu bánh của robot phải có momen lớn, và cũng xuất phát từ công nghệ chế tạo và kinh tế, đo đó ta sử dụng bộ truyền xích truyền động giữa động cơ và bánh robot, giữa động cơ và cần trước của robot

Trang 21

2.2.PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN HE THONG DIEU KHIEN

Hiện nay có nhiều cách đề lập trình điều khiển cho robot, ở đây chúng em chọn

sử đụng IC P89V51RD2, lập trình điều khiển bằng ngôn ngữ Assembly và phần mềm

Visual Studio 2008 Robot được điều khiển bằng hai cách Cách thứ nhất: điều khiển

bằng máy tính với giao diện được thiết kế bằng phần mềm Visual Studio 2008, đẹp mắt

và thân thiện với người sử dụng Cách thứ hai: điều khiến trực tiếp bằng tay cầm Ta có thể điều khiển Robot từ xa với khoảng cách lên tới hơn 100m Điều này có thể giúp cho

người điều khiến tránh tiếp xúc trực tiếp với những tình huống nguy hiểm cũng như môi

Trang 22

CHUONG 3:

TINH TOAN THIET KE KET CAU CO KHI

ROBOT LEO CAU THANG

3.1 TINH TOAN THIET KE BANH DAI

Do ta chọn đai thang thường loại O, có bước rang là b= 5, theo tiêu chuẩn có

chiều đài đường kính đai là 1160 mm, nên theo yêu cầu, ta chọn đường kính bánh đai là 100mm Bánh đai chủ động, bánh đai bị động và bánh đai càng trước có thiết kế như hình 3.1, 3.2, 3.3:

Trang 23

50

Hinh 3.3.Banh dai ở càng trước

Bánh căng đai có thiết kế như hình 3.4:

Hình 3.4.Bảnh căng đai

3.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẺ THÂN ROBOT

Với đường kính bánh đai là 100mm, đai có chu vi là 1160 mm, ta có chiều dai của hai trục chính cách nhau là 400 mm

Trang 24

Vi robot st dung acquy co dong 5A/h, nang 2.5 kg, có các kích thước dài x rộng x cao là

150 x 80 x 90 mm nên ta thiết kế chiều rộng trong thân robot là 320mm

3.3 TINH TOAN THIET KE BO TRUYEN GIAM TOC

Ta có tốc độ động cơ đề sau khi quấn lại số vòng dây cho phù hợp là 400v/p, mà theo yêu cầu thiết kế của robot, tốc độ di chuyển chậm (v„ = 0,6 m/s ), ta giảm tốc sao cho tốc độ vòng quay bánh chủ động 25 v/p

Chọn cơ cấu giảm tốc băng xích, tỉ số truyền cấp nhanh i„ = 4, tỉ số truyền cấp chậm 1 = 4

= Ti sé truyền của cơ cấu là : ¡ = iạ i,= 16

3.3.1 Chọn loại xích

Có 3 loại xích: xích ống, xích con lăn và xích răng Các kích thước cơ bản của

xích ống cho trong bảng 3.6, xích con lăn — bảng 3.7 và xích răng trong bảng 3.8, trong

đó bước xích p là thông số hình học quan trọng nhất, tái trọng phá hỏng Q là đặc trưng

Trang 25

| nhỏ hơn | ˆ lớn hơn | lớn hơn | @& EN a) kg

Hình 3.6 Bảng các thông số của xích Ống

men Pr BR okhong} ad | d 1 |h, khong |b, khong | PO tà TT

Hình 3.7 Bảng các thông số của xích con lăn

Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 25

Trang 26

Hình 3.8 Các thông số của xích rang

Xích ông ( Hình 3.9) đơn giản, giá thành rẻ và khối lượng giảm vì không dung con lăn, nhưng cũng vì thế mà bản lễ mòn nhanh Vì vậy chỉ dung xích ống đôi với các

bộ truyền không quan trọng, mặt khác yêu cầu khối lượng nhỏ

Trang 27

Hình 3.9 Cấu tạo của xích Ống Xích ống — con lăn gọi tat là xích con lăn (Hinh 3.10), về kết cấu giống như xích ống, chỉ khác phía ngoài ống lắp thêm con lăn, nhờ đó có thé thay thế ma sát trượt giữa ống và răng đĩa (ở xích con lăn) Kết quả là độ bền mòn của xích con lăn cao hơn xích ống, chế tạo nó không phức tạp bằng xích răng, đo đó xích con lăn thường được sử dụng rộng rãi Nó dùng thích hợp khi vận tốc làm việc đưới 10 đến 15m/s Nên ưu tiên dung xích 1 dãy, nhưng ở các bộ truyền quay nhanh, tải trọng lớn nếu dung xích 2, 3 hoặc 4 dãy sẽ làm giảm được bước xích, giảm tải trọng động và kích thước khuôn khổ của bộ

truyền

Trang 28

Hinh 3.11 Cau tao cua xich rang Dua vao yéu cầu làm việc của robot, ta chọn loại xích con lăn dé lam bộ truyền cho robot

3.3.2 Chọn số răng đĩa xích

Số răng đĩa xích càng ít, đĩa bị động quay càng không đều,động năng va đập càng lớn và xích mòn càng nhanh Vì vậy khi thiết kế cần bảo đảm cho số răng nhỏ nhất cua dia xich lén hon Zmin (Zmin = 17 + 19 đối với xích con lăn vận tốc trung bình, z„„ =

13+ 15 khi vận tốc thấp ; đối với xích răng z„„= 1.2 + 1.3 lần các giá trị trên)

Có thê dựa vào tỉ số truyền ¡ để chọn z; theo bảng 3.4 hoặc theo công thức:

Z¡= 29 - 2u> 19

và nên quy tròn theo số lẻ

Hình 3.12 Bảng tiêu chuẩn số răng đĩa xích

Dựa vào hình 3.12, đôi với xích con lăn, ta chon:

Z, = 12 răng Đường kính dị= 20 mm

Từ số răng đĩa nhỏ, ta có số răng đĩa lớn là:

Z2 —MH.ZI S Zax

Với z„„„ được xác định từ điều kiện hạn chế độ tăng bước xích do bản lề bị mòn

sau một thời gian lam việc:

Z„„ = 120 đỗi với xích ông con lăn;

Zmax = 140 đôi với xích răng

Trang 29

D6 an Tot Nghiệp GVHD: PGS.TS Tran Xuân Tùy

Trang 30

Trang 31

Trang 32

Trang 33

CHUONG 4:

GIOI THIEU THIET BI DIEU KHIEN SU DUNG

- Khối Vi điều khiển: Nhận tín hiệu từ khói thu RE và điều khiển động cơ

- Khối Thu RE: Nhận tín hiệu RF từ tay cầm điều khiến phát tín hiệu RE

- Khối Nguồn: Cung cấp điện áp hoạt động cho toàn bộ mạch

- Khối Điều khiển Động Cơ: Điều khiển động cơ dùng FET va Role

- Trung tâm điều khiển: Phát tín hiệu RE điều khiển

Trang 34

Nguyên lý hoạt động:

- 7805 đề tạo nguồn 5V cung cấp cho hoạt động của toàn bộ mạch

- Cầu chì (Fuse) bảo vệ mạch trong trường hợp đòng điện tăng đột ngột

Trang 35

* Tinh toan mach cach ly, st dung bộ cách quang PC817

Teas =1,7 V, Thed xanh =2,3 V

R = Veo — Vien 7 Vorove — S—1,7—1,2

lipp

- ULN2803 gồm 8 BỊT ghép darlington có sẵn các điện trở và điode bảo vệ, cung

cấp dòng đến 500mA, điện áp làm việc lên đến 50V Ở điều kiện làm việc bình thường

của ULN2803: Ic =100mA, Is=250uA, Ve:=2V > điện trở phép với ngõ ra của PC8§17 điện trở khá lớn: chọn 4,7 KO

Dòng yéu cau kich cho BJT nhé hon nén lay R =330Q

- Giá trị của điện tro cong suat trén tai ra cua mach day kéo

Trang 36

Nguyên ly hoạt động:

- Opto để cách ly mạch vi điều khiển và mạch công suất

- ULN2803 để khuếch đại dòng ra, kích hoạt động cho FET và Rơle

- FET cho phép đòng điện chạy qua hoặc không, điều khiển động cơ chạy hay dừng

- Rơle đảo chiều dòng điện, làm đảo chiều động cơ

4.2 CAC CHI TIEU CUA SAN PHAM

4.2.1 Chức năng

- Hệ thống điều khiển trước hết phải có khả năng giao tiếp với người sử dụng,

tức là cho phép thay đổi thiết lập hệ thống và hiển thị trạng thái hệ thống Chức năng giao tiếp này phải được thiết kế thân thiện với người sử dụng

- Hệ thống điều khiến phải có khối cung cấp nguồn én định

- Hệ thống có thể nhận được các tín hiệu báo nhận đường di

- Hệ thống có khả năng điều khiển tốc độ bánh xe Robot một cách linh hoạt

- Hệ thống có khả năng điều khiển các đông cơ với công suất khác nhau theo cả hai chiều

- Một vẫn đề là hệ thống cần có chức năng hiển thị, để cho ta biết chế độ hoạt động cũng như trạng thái của hệ thống

- Hệ thống có khả năng lựa chọn nhiều chế độ hoạt động khác nhau

- Và yêu cầu quan trọng nhất đối với một hệ thống là có đơn vị xử lý trung tâm

đề có thê phối hợp các khối khác hoạt động đồng thời và ôn định trong toàn bộ quá trình hoạt động

- Có hướng phát triển sau này như cải tiễn thành 1 robot thông minh hơn nữa

4.2.2 Chất lượng sản phẩm

Kết cầu cơ khí bền, đẹp, chạy ôn định, có thể thích nghi với các địa hình khác nhau Đặc biệt là khả năng leo cầu thang

4.3 THIET KE MACH THU, PHAT SONG RADIO

4.3.1 Giới thiệu về truyền thông nối tiếp

Khi một bộ vi xử lý truyền thông với thế giới bên ngoài thì nó cấp đữ liệu dưới

dạng từng khúc 8 bít (byte) một Trong một số trường hợp chắng hạn như các máy in thì thông tin đơn giản được lẫy từ đường bus đữ liệu 8 bit và được gửi đi tới bus đữ liệu 8 bít của máy in Điều này có thể làm việc chỉ khi đường cáp bus không quá đài

Trang 37

Hình 4.5 Hình dưới là sơ đô truyễn nối tiếp so với sơ đồ truyền song song

Thực tế là trong truyền thông nối tiếp là một đường dữ liệu duy nhất được đùng thay cho một đường đữ liệu 8 bít của truyền thông song song làm cho nó không chỉ rẻ

hơn rất nhiều mà nó còn mở ra khả năng để hai máy tính ở cách xa nhau có truyền

thông qua đường thoại

Đối với truyền thông nối tiếp thì để làm được các byte đữ liệu phải được

chuyên đổi thành các bít nối tiếp sử đụng thanh ghi giao dịch vào - song song -ra- nối tiếp Sau đó nó có thể được truyền quan một đường đữ liệu đơn Điều này cũng có nghĩa

là ở đầu thu cũng phải có một thanh ghi vào - nối tiếp - ra - song song để nhận dữ liệu nối tiếp và sau đó gói chúng thành từng byte một Tất nhiên, nếu đữ liệu được truyền qua đường thoại thì nó phái được chuyển đổi từ các số 0 và 1 sang âm thanh ở đạng sóng

hình sin Việc chuyển đổi này thực thi bởi một thiết bị có tên gọi là Modem là chữ viết tắt của “Modulator/ đemodulator” (điều chế/ giải điều chế)

Khi cự ly truyền ngắn thì tín hiệu số có thể được truyền như nói ở trên, một đây

dẫn đơn giản và không cần điều chế Tuy nhiên, để truyền đữ liệu đi xa dùng các đường truyền chẳng hạn như đường thoại thì việc truyền thông đỡ liệu nối tiếp yêu cầu một

modem để điều chế (chuyền các số 0 và 1 về tín hiệu âm thanh) và sau đó giải điều chế (chuyển tín hiệu âm thanh về các số 0 và 1)

Truyền thông đữ liệu nối tiếp sử dụng hai phương pháp đồng bộ và dị bộ

Phương pháp đồng bộ truyền một khối đữ liệu (các ký tự) tại cùng thời điểm trong khi đó

truyền di bộ chỉ truyền từng byte một Có thê viết phần mềm để sử dụng một trong hai

phương pháp này, những chương trình có thể rất đài và buôn tẻ Vì lý đo này mà nhiều

nhà sản xuất đã cho ra thị trường nhiều loại IC chuyên dụng phục vụ cho truyền thông đữ liệu nỗi tiếp Những IC này phục vụ như các bộ thu - phát đị bộ tổng hợp UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) và các bộ thu - phát đồng - đị bộ tổng hop UBART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)

Dé tai: Thiét ké, ché tao Robot leo cau thang Trang 37

Trang 38

4.3.2 Truyền thông nối tiếp dị bộ và đóng khung dữ liệu

Dữ liệu đi vào ở đầu thu của đường đữ liệu trong truyền đữ liệu nói tiếp toàn là các số 0 và 1, nó thật là khó làm cho đữ liệu ấy có nghĩa là nếu bên phát và bên thu

không cùng thống nhất về một tệp các luật, một thủ tục, về cách đữ liệu được đóng

gói, bao nhiêu bít tạo nên một ký tự và khi nào đữ liệu bắt đầu và kết thúc

Truyền thông đữ liệu nối tiếp đị bộ được sử đụng rộng rãi cho các phép truyền hướng kỹ tự, còn các bộ truyền dữ liệu theo khối thì sử dụng phương phát đồng bộ

Trong phương pháp đị bộ, mỗi ký tự được bố trí giữa các bít bắt đầu (start) va bit dim

(stop) Công việc này gọi là đóng gói dữ liệu Trong đóng gói đữ liệu đối với truyền thông dị bộ thì dữ liệu chẳng hạn là các ký tự mã ASCH được đóng gói giữa một bít bắt

đầu và một bít dừng Bít bắt đầu luôn luôn chỉ là một bít, còn bít đừng có thể là một hoặc hai bít Bít bắt đầu luôn là bít thấp (0) và các bít dừng luôn là các bít cao (bít 1)

Vi dụ: Hãy xét ví dụ trên hình 4.6 trong đó ky tu “A” cua ma ASCII (8 bit nhi

phân là 0100 0001) đóng gói khung giữa một bít bắt đầu và một bít dừng

Space

trống (space) Lưu ý rằng phép truyền bắt đầu với start sau đó bít D0, bít thấp nhất

LSB, sau các bít còn lại cho đến bít D7, bít cao nhất MSB và cuối cùng là bít đừng stop để

tín hiệu), một để phát và một đề thu đữ liệu cùng một lúc

Trang 39

Do an Tot Nghiép GVHD: PGS.TS Tran Xuan Tuy

Hon cong | BS phat > Bồ thu |

Hinh 4.10 Mach phat

Thông số kỹ thuật mạch thu

Trang 40

Trên thị thường có rất nhiều dòng module thu phát có IC giải mã khác nhau Xin

lây ví dụ về cặp IC thu phát giả mã thông dụng là IC PT2262/PT2272

Tiêu đề	Đồ Án Tốt Nghiệp: Robot Leo Cầu Thang
Trường học	University of Engineering and Technology
Chuyên ngành	Robotics/Automation
Thể loại	Graduation project
Thành phố	Huế

Định dạng
Số trang	85
Dung lượng	20,95 MB