nghiên cứu thiết kế, chế tạo rôbot leo cầu thang

Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: 4
TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI ROBOT 4
1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT 4
1.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI ROBOT VƯỢT ĐỊA HÌNH 14
CHƯƠNG 2: 17
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KẾT CẤU CƠ KHÍ VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 17
2.1. PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN KẾT CẤU CƠ KHÍ 17
2.1.1. Chọn loại động cơ 17
2.1.2. Chọn loại đai 18
2.1.3. Chọn cơ cấu truyền động 20
2.2.PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 21
CHƯƠNG 3: 22
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ ROBOT LEO
CẦU THANG 22
3.1. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BÁNH ĐAI 22
3.2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÂN ROBOT 23
3.3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN GIẢM TỐC 24
3.3.1. Chọn loại xích 24
3.3.2. Chọn số răng đĩa xích 28
3.4. ROBOT ĐÃ THI CÔNG 29
CHƯƠNG 4: 33
GIỚI THIỆU THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG 33
4.1. SƠ ĐỒ KHỐI 33
4.1.1. Sơ đồ mạch nguyên lý 33
4.2. CÁC CHỈ TIÊU CỦA SẢN PHẨM 36
4.2.1. Chức năng 36
4.2.2. Chất lượng sản phẩm 36
4.3. THIẾT KẾ MẠCH THU, PHÁT SÓNG RADIO 36
4.3.1. Giới thiệu về truyền thông nối tiếp 36

4.3.2. Truyền thông nối tiếp dị bộ và đóng khung dữ liệu 38
4.3.3. Khối thu, phát RF không có IC giải mã 39
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 1
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
4.3.4. Mạch phát thu co IC giải mã 40
4.4. SƠ ĐỒ MẠCH THU 44
4.4.1. Giao tiếp SC2272 45
4.4.2. Điều khiển kênh nhận 46
4.5. MỘT SỐ THÔNG TIN VỀ IC P89V51RD2 47
4.5.1. Hình dạng thực tế và mô phỏng 47
4.5.2. Khái quát các tính năng 48
4.5.3. Tổ chức bộ nhớ 50
4.5.4. Định nghĩa các thanh ghi chức năng 52
4.6. NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN CỦA RƠLE 8 CHÂN 53
4.6.1. Giới thiệu rơle 53
4.6.2. Ứng dụng trong mạch điện
54
4.6.3. Nguyên lý điều khiển động cơ bằng mạch FET + rơle 55
4.7. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG FET IRF3205 56
4.7.1. Cấu tạo của Mosfet 56
4.7.2. Nguyên lý hoạt động 57
4.8. Nguyên lý hoạt động opto P521 59
4.9. ĐỘNG CƠ DC 59
4.11. MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÃ THI CÔNG 60
CHƯƠNG 5: 62
THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH GIAO TIẾP MÁY TÍNH VÀ LẬP
TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN 62
CHƯƠNG 6: 67
CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT 67
6.1. LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 67

6.2. CHƯƠNG TRÌNH ASSEMBLY 70
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 2
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
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, kể 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 dụng 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 đổi 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 khiển 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 đề tài: “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT LEO CẦU
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 dụng 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 rất
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 thầy trong khoa Cơ khí đã giúp chúng em hoàn thành đồ án này.
Sinh Viên Thực Hiện
Đặng Xuân Hải
Nguyễn Duy Khiêm
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 3
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI ROBOT
1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA 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 chẩn đoán bệnh, giúp đỡ người khuyết tật, cho đến vận
chuyển 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 dò và chinh phục Hành tinh 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 thể là dấu vết của sự sống, đã từng tồn 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 diệu.
Lĩnh vực thứ hai mà robot phát huy tác dụng tích cực là hỗ trợ thầy thuốc khám,
chẩn 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 dụ 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 năng di
chuyển tối ưu, gần giống di chuyển (cử động) của người. Phòng Thí nghiệm tin học, Kỹ
thuật robot và Vi điện tử Montpellier (LIRMM) Pháp 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 da 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 cầu thang Trang 4
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
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 lồng 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 mổ chẳng hạn). Tại
LIRMM, các chuyên gia đang nghiên cứu điều khiển 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 dụng trong công nghiệp và
sản xuất những vật phẩm đồng nhất. Song, trong thiết kế và sản xuất loại thiết bị 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 thể 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 tinh 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 tổ 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
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 5
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
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
Iliade đến Home". Chuột Robot được gắn chương trình tin học này, đảm bảo để 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 là vi robot, có khả năng vận

chuyển những vật thể kích thước bằng một noãn bào (vài chục micromet). Với loại vi
robot này, người thày thuốc có thể điều khiển dễ dàng một noãn bào, mà không sợ hư
hại. Robot này có thể áp dụng cho quá trình thụ tinh in-vitro. Phòng Thí nghiệm tự động
Besancon còn thiết kế chế tạo được hệ thống (trạm) vi điều khiển cực nhỏ, đặt được vào
trong kính hiển vi điện tử quét. Với thiết bị này, ta có thể dễ 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 tiến 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 để 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 buồn, 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
Compiègne (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 rầu. Để nhận 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 cố 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

Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 6
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
và ở vị trí không thuận lợi. Ngoài ra, còn có nhiều trường hợp cảm xúc khác nữa. Các
giải pháp áp dụng 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 cố ở nhà máy điện hạt nhân, loại robot này phát huy tác dụng rất tích cực. Trong số
các robot loại này phải kể 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 bị cơ cấu 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
cấu trúc của đất. Người ta còn có thể sử dụng robot này để gỡ mìn, thăm dò hành tinh
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, vi 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 được điều khiển từ Trái đất. Tháng Giêng năm 2004, 2 robot Rovers của Mỹ
đã tiếp cận sao Hoả, mỗi ngày tự di 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 dựng 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

này 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 lại. Theo cấu trúc cơ khí,
robot có thể được phân chia thành các loại chính như sau:
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 7
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy

Hình 1.1. Cartesian robot/ Gantry robot
Loại robot này thích hợp với công việc gắp vật thể và đặt chúng vào vị trí khác.
Các ứng dụng có thể là đóng gói, lắp ráp máy móc, cầm nắm các máy công cụ hoặc hàn
theo hình cung. Đối với loại robot này, cánh tay được tạo thành từ 3 khớp trượt mà trục
của chúng trùng với hệ trục tọa độ Đê-các-tơ.
Hình 1.2. Cylindrical robot
Sử dụng trong công nghệ lắp ráp, cầm nắm các máy công cụ, hàn điểm. Loại
robot này, trục có dạng hệ tọa độ trụ.
Hình 1.3. Spherical/Polarrobot
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 8
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
Được sử dụng để cầm nắm các dụng cụ, hàn điểm, đánh bong, hàn hơi hoặc hàn
theo cung. Trục của robot tạo thành hệ tọa độ cầu.
Hình 1.4. SCARA robot
Được sử dụng để gắp nhả vật, đóng gói, lắp ráp hay cầm nắm máy công cụ.
Robot có 2 khớp xoay song song với nhau cho phép thao tác trên mặt phẳng.
Hình 1.5. Articulated robot
Sử dụng để lắp ráp, đánh bóng, hàn hơi, hàn theo cung, sơn phun. Loại robot này
có tối thiểu 3 khớp xoay.
Hình 1.6. Parallel robot

Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 9
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
Thường được ứng dụng để tạo ra khung đế xoay tự do trong mô phỏng bay.
Loại robot này có các khớp trượt và xoay đồng thời
Hình1.7.Robot công nghiệp
Robot công nghiệp được sử dụng nhiều trong công nghiệp ôtô, chế tạo máy.
Robot cắt và gò các chi tiết, lắp ráp máy móc, kiểm tra các chi tiết vừa hoàn thành. Một
số loại robot chuyên dụng như: nạp nhiên liệu, gắp 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 khiển 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, lấy mẫu, bảo trì,
cứu hỏa, y tế, quân sự và trong nông trại
Hình1.8. 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 khiển, định vị, cảnh báo an toàn và phần mềm tác vụ chuyên biệt hóa cho
nông nghiệp.
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 10
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
Hình 1.9. Pioneer
Một số robot khác được dùng để kiểm soát các môi trường nguy hiểm.
Pioneerrobot thực chất lại là một hệ thống giám sát điều khiển từ xa giúp phân tích
môitrường bên trong lò phản ứng số 4 nhà máy điện hạt nhân Chornobyl. Các thành
phần của hệ thống này gồm một robot di động điều khiển từ xa dùng để rải các cảm biến
và thiết bị lấy mẫu. Một bản đồ tự động dùng để 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 chống phóng
xạ và các cảm biến đo đạc môi trường khác.

Hình 1.10. DanteII
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 nằm cách 90 dặm về phía tây
Anchorage. Nhiệm vụ của Dante II là di chuyển tự động trên các địa hình gồ ghề 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 khiển, xác
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 11
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
định nồng độ Carbon Dioxide, Hydrogen Sulfide và Sulfur dioxide có trong hơi ga
phun lên từ các hố phun trong miệng núi lửa.Thông qua vệ tinh, Dante II gửi các dữ liệu
hình ảnh và các thông tin khác cũng như nhận các chỉ dẫn từ nhóm vận hành đóng tại
trung tâm điều khiển ở Anchorage, Washington D.C. và trung tâm nghiên cứu Ames của
NASA ở San Francisco. Dante II giúp các nhà nghiên cứu núi lửa không phải thâm nhập
vào các hố đang phun của các núi lửa đang hoạt động. Ngoài ra, nó đang thể 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 bề mặt lởm
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
thực hiện.
Hình 1.11. Phantom
Robot lặn được sử dụng để thám hiểm và thu thập thông tin về các bề mặt trong
lòng đại dương. Project Jeremy là một ví dụ như thế. Đó là sản phẩm hợp tác giữa
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 đắm từ năm 1871. TROV được dong dây từ tàu 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 cổ 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 tinh 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 chuyển tiếp
sinh ra từ các chương trình robot không gian áp dụng 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 chằng,
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
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 12
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
Operated Vehicle (ROV) và thứ hai là tay máy ngoài không gian- Remote Manipulator
System (RMS).
Hình1.12.Sojourner
Một ROV có thể trở thành một phi thuyền không gian không người lái vào giai
đoạn cuối của chuyến bay. Một bộ phận tiếp đất sẽ nhận lệnh điều khiển từ các tàu
không gian trên quỹ đạo của hành tinh đó. ROV sẽ di chuyển trên bề mặt địa hình địa
vật của hành tinh sau khi nó tiếp đất an toàn. Khó xác định chính từ khi nào thì các cơ
cấu tự hành đơn giản chuyển thành các robot thám hiểm hay ROV, chổ nhập nhằng là số
phi thuyền không gian đơn giản và rất lâu trước đây đã được điều khiển từ Trái Đất.
ROV nổi tiếng nhất hiện này là Sojourner – được thả từ tàu thám hiểm sao Hỏa Mars
Pathfinder. 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.
Hình 1.13. RMS
Hiện nay, loại robot phổ biến nhất là các tay máy thường được dùng trong sản
xuất. Các cơ cấu 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 cổ 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
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 13
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
người thực thụ để điều khiển áp lực và cách thức chuyển động của cánh tay. Tay máy

RMS của Nasa có thể biểu diễn các cử động trong nhiều tác vụ không gian như cầm
nắm, lắp ráp, đặt để, cẩu các thiết bị phục vụ cho các phi hành gia khi làm việc trong
không gian.
1.2. TỔNG QUAN VỀ 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 khiển 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:
Hình 1.14. iRobot 210 negotiator
Robot này chuyên làm nhiêm vụ xâm nhập, do thám vào những vùng nguy hiểm. Chẳng
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 khiển, ta có thể biết được vị trí của tội phạm cũng như
con tin.
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 14
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
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 chuyển các robot khác phục vụ cho tác chiến.
Hình 1.16. iRobot 510 Packbot
Robot này ngoài nhiệm vụ vượt địa hình để thâm nhập do thám ở những nơi
nguy hiểm, chúng còn được trang bị cánh tay máy để gắp được các vật, đặc biêt là để

phục vụ cho công tác tháo gỡ bom mìn.
Hình 1.17. iRobot SUGV
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 15
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
Robot này được phục vụ trong quân đội, không chỉ có khả năng vượt địa hình, nó
còn có cánh tay 3 bậc tự do để mang vác, tháo dỡ 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. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT VƯỢT ĐỊA HÌNH TẠI VIỆT NAM
Dù đã lùi vào dĩ vãng, nhưng hậu quả của cuộc chiến tranh vẫn hiện hình qua
hàng trăm vụ nổ bom mìn còn tồn tại trong long đất. Chính vì lý do nhân đạo, cuộc thi
sáng chế robot rà phá bom mìn do Hội Cơ Khí TP Hồ Chí Minh và Trung Tâm Công
nghệ xử lý bom mìn (Bộ Tư lệnh Công binh) phát động.
PGS-TS Đặng Văn Nghìn, Trưởng ban tổ 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 cố gắng, nhưng với tốc độ làm sạch bom mìn chỉ
được khoảng 20.000 ha/năm như hiện nay thì cần 300 năm nữa nước ta mới rũ sạch
được khối chất nổ 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 1.18. 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 dừng 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
cầu 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.

Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 16
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
CHƯƠNG 2:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KẾT CẤU CƠ KHÍ VÀ HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN
2.1. PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN KẾT CẤU CƠ KHÍ
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 cấu khó, việc tính toán trọng tâm khi leo cầu thang cũng khó khăn.
Robot leo bằng 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 tiếng ồn khi di chuyển, dễ 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 dàng, vậy ta chọn phương án di chuyển cho robot là di chuyển bằng 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,dễ 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.
Hình 2.1. Động cơ lep
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 17
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
- Các thông số kĩ thuật của động cơ:

Điện áp làm việc: 24V
Dòng điện làm việc: 1.5A
Khả năng tải:24Kg
2.1.2. Chọn loại đai
Theo hình dạng tiết diện 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 dẹt có các loại: đai da, đai vải cao su, đai vải bông, đai sợi len và đai sợi tổng
hợp. Đai da có đọ bền mòn cao, chịu va đập tốt nhưng không dùng được ở nơi có axít
hoặc ẩm ướt, giá thành lại đắt nên ít dung. Đai vải cao su gồm nhiều lớp vải bong và cao
su sunfua 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 ẩm và sự thay đổi nhiệt độ, đai vải cao su được
dung khá phổ 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 tuổi 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 ẩm,
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 polyamit trộn với cao su nitrin(CHK - 40) hoặc nhựa nairit. Đai
sợi tổng hợp có giới hạn bền cao (δ
b
=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 dọc theo mặt trong của đai và tiếp xúc với các rãnh chêm của bánh đai. Lớp sợi
(sợi vitkozo, sợi thủy tinh …) 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 đai
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 dẻo của đai
dẹt, nhờ đó có thể dung bánh đai nhỏ với đường kính bé hơn và có thể làm việc với tỉ số
truyền lớn hơn (u ≤ 15).
Hình 2.2. Đai hình thang

Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 18
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
Đai hình thang có tiết diện hình 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 dẹt và do đó khả năng kéo cũng lớn hơn. Tuy nhiên cũng
do ma sát lớn nên hiệu suất đai hình thang thấp hơn đai dẹt.
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
t
đo theo lớp trung hòa và chiều cao h
của tiết diện hình thang b
t
/h ≈ 1.4, ở đai thang hẹp b
t
/h =1.5 ÷ 1.1 và ở đai thang rộng b
t
/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.
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 chuyển
động thấp (0,6m/s), ta chọn loại đai thang bình thường loại O
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 19
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
2.1.3. Chọn cơ cấu truyền động
Truyền động giữa các trục thông thường dùng các cơ cấu truyền là truyền động

bằng bánh răng, truyền động bằng xích, bằng đai, bằng vít, v.v… Ở đây ta chỉ xét đến 2
cơ cấu 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 đổi về trị số và chiều của momen hoặc vận tốc. Tùy theo vị trí tương đối
của các trục , phân ra: truyền động bánh răng trụ (răng thẳng, răng nghiêng, răng chữ V)
để truyền chuyển động giữa các trục song song ; truyền động bánh răng côn (răng thẳng,
răng nghiêng, răng cung tròn) để truyền chuyển động giữa các trục giao nhau ; truyền
động bánh răng trụ chéo hoặc bánh răng côn chéo để 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 rỗ, mòn, dính hoặc hỏng ở chân răng như gẫy, trong đố nguy hiểm nhất là tróc rỗ
mặt răng và gẫy răng. Đó là các phá hỏng mỏi do 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 dạng dư,
gẫy 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
bền 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 dung 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 chuyển 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 dùng truyền động xích để truyền công suất dưới 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 mất 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, do đó ta sử dụng bộ truyền xích truyền động giữa động cơ và
bánh robot, giữa động cơ và cần trước của robot.
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 20
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
2.2.PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
Hiện nay có nhiều cách để lập trình điều khiển cho robot, ở đây chúng em chọn
sử dụng 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 khiển 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 khiển tránh tiếp xúc trực tiếp với những tình huống nguy hiểm cũng như môi
trường độc hại.
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 21
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
CHƯƠNG 3:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ
ROBOT LEO CẦU THANG
3.1. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BÁNH ĐAI
Do ta chọn đai thang thường loại O, có bước răng là b= 5, theo tiêu chuẩn có
chiều dài 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:
R50
R15
R5
50
R6
Hình 3.1. Bánh đai chủ động
R50

R15
R5
R6
95
Hình 3.2. Bánh đai bị động
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 22
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
R25
R10
R5
50
Hình 3.3.Bánh đai ở càng trước
Bánh căng đai có thiết kế như hình 3.4:
R25
R15
R5
40
Hình 3.4.Bánh căng đai
3.2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÂN ROBOT
Với đường kính bánh đai là 100mm, đai có chu vi là 1160 mm, ta có chiều dài
của hai trục chính cách nhau là 400 mm.
Vật liệu làm thân gồm:
+ Sắt tấm dày 2,2 mm và 1,5 mm
+ Thanh sắt hộp 15x15 mm
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 23
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
Vì robot sử dụng acquy có dòng 5A/h, nặng 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.
320
80

410
Hình 3.5.Khung xe
3.3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN GIẢM TỐC
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
tb
≈ 0,6 m/s ), ta giảm tốc sao
cho tốc độ vòng quay bánh chủ động 25 v/p.
Chọn cơ cấu giảm tốc bằng xích, tỉ số truyền cấp nhanh i
n
= 4, tỉ số truyền cấp
chậm i
c
= 4.
⇒ Tỉ số truyền của cơ cấu là : i = i
n
. i
c
= 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, tải trọng phá hỏng Q là đặc trưng
cơ bản về độ bền
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 24
Đồ án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy
Hình 3.6. Bảng các thông số của xích ống
Hình 3.7.Bảng các thông số của xích con lăn
Đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot leo cầu thang Trang 25