Thiết kế, chế tạo robot tự động tham gia robocon 2010

- 1 -

MỤC LỤC

Nhiệm vụ đồ án Trang
MỤC LỤC 1 -
DANH MỤC CÁC HÌNH 3 -
LỜI CẢM ƠN 5 -
LỜI NÓI ĐẦU 6 -
Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG 7 -
1.1. Giới thiệu chung về Robocon 8 -
1.1.1. Giới thiệu cuộc thi sáng tạo Robot 8 -
1.1.2. Sơ đồ cấu trúc của Robot 8 -
1.1.3. Chủ đề và luật thi Robocon năm 2010 8 -
a. Giới thiệu về chủ đề 8 -
b. Khái quát về luật thi 9 -
c. Cách tính điểm 10 -
1.2. Giới thiệu cơ sở lý thuyết 11 -
1.2.1. Phần cơ khí 11 -
a. Giới thiệu dụng cụ cơ khí chính 11 -
b. Giới thiệu nguyên vật liệu, thiết bị 11 -
1.2.2. Phần điện 15 -
a. Lý thuyết sơ lượt Vi điều khiển AVR 15 -
c. Giới thiệu linh kiện khác 19 -
Chương 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 20 -
2.1. Phương pháp nghiên cứu 21 -
2.2. Nội dung nghiên cứu 22 -
2.2.1. Xây dựng phương án 22 -
a. Nhiệm vụ của Robot tự động xây dựng Kim tự tháp Khafraa 22 -
b. Xây dựng phương án 22 -
2.2.2. Lựa chọn phương án chế tạo 27 -

2.2.3. Thiết kế phần cơ khí 28 -
a. Phần đế Robot tự động 28 -
b. Phần ngã ra của giàn giữ cấu kiện 30 -
c. Phần giá đỡ cấu kiện và cánh tay 32 -
2.2.4. Tính toán động học cho cơ cấu 39 -
a. Cơ cấu trượt đế của robot 39 -
b. Cơ cấu ngả cấu kiện 39 -
c. Cơ cấu trượt ngang tầng 2 40 -
d. Cơ cấu đẩy cấu kiện 40 -
- 2 -

2.2.5. Thiết kế phần điện 41 -
a. Nguồn điện sử dụng cho Robot 41 -
b. Khối điều khiển 41 -
c. Khối công tắc, nút nhấn 45 -
d. Khối cách ly và đệm 46 -
e. Khối công suất 48 -
2.2.6. Thiết kế phần mềm 50 -
a. Lưu đồ thuật toán 50 -
Chương 3: THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 62 -
3.1. Thử nghiệm 63 -
3.2. Phân tích lỗi và phương pháp sửa chửa và khắc phục các lổi 63 -
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 65 -
4.1. Kết luận 66 -
4.2. Đề xuất 66 -
TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 -
PHỤ LỤC A 68 -
PHỤ LỤC B: Mã nguồn chương trình điều khiển: 70 -
1. Chương trình của ATmega32: 70 -
1.1. Robot_7qua.c 70 -

1.2. init.h 73 -
1.3. connet.h 75 -
1.4. control.h 77 -
1.5. nut_nhan.h 80 -
1.6. voids.h 81 -
1.7. voids_nhanh.h 90 -
2. Chương trình của AT90S2313: tiny.c 95 -
PHỤ LỤC C: Hình sân thi đấu 100 -

- 3 -

DANH MỤC CÁC HÌNH

1. Hình 1.1: Sơ đồ chung của Robot
2. Hình 1.2: Tổng thể sân Robocon 2010
3. Hình 1.3:
4. Hình 1.4: Hình dáng một vài loại bánh xe robot
5. Hình 1.5: Đông cơ Hàn Quốc
6. Hình 1.6: Đông cơ trục vít bánh vít
7. Hình 1.7: Một số loại động cơ khác
8. Hình 1.8: Sơ đồ chân của ATmega32
9. Hình 1.9: Sơ đồ khối của ATmega32
10. Hình 1.10: Sơ đồ chân của AT90S2313
11. Hình 1.11: Hình dáng và cấu tạo bên trong encoder
12. Hình 1.12: Tín hiệu ra của encoder tương đối
13. Hình 1.13: Tín hiệu ra encoder tuyệt đối
14. Hình 2.1: Hình dáng và kích thước kim tự tháp Khafraa
15. Hình 2.2: Kích thước hình dáng khối cấu kiện cố định trên Kim tư tháp.
16. Hình 2.3: Hình dáng kích thước khối cấu kiện chính
17. Hình 2.4: Hình dáng kích thước khối cấu kiện đỉnh

18. Hình 2.5: (a)- Cách đặt cấu kiện, (b)- , bố trí chung
19. Hình 2.6: Cách đặt cấu kiện (a), bố trí chung (b)
20. Hình 2.7 : Cách bố trí Robot trên sân
21. Hình 2.8: Phương án 3
22. Hình 2.9: Cụm chi tiết đế
23. Hình 2.10: Bộ truyền trượt đế
24. Hình 2.11: Bánh xe tự lựa
25. Hình 2.12: Hình dáng thực tế động cơ trượt đế
26. Hình 2.13: Bộ phận ngã cấu kiện
27. Hình 2.14: Cơ cấu đẩy
28. Hình 2.15: Tang cuốn nhả cáp
29. Hình 2.16: Lắp động cơ và tang cuốn
30. Hình 2.17: Tiết diện nhôm kết cấu
31. Hình 2.18: Bố trí chung của giá giữ cấu kiện
32. Hình 2.19: Cụm chi tiết của cơ cấu đẩy cấu kiện tầng 1
33. Hình 2.20: Hình dáng thực tế động cơ đẩy tầng 1
34. Hình 2.21: Bộ truyền đẩy cấu kiện tầng 1
35. Hình 2.22: (a)- Bánh xích bị dẫn (tỉ lệ 2:1), (b)- Bánh dẫn(tỉ lệ 2:1)
36. Hình 2.23: Cụm kết cấu tầng 2
- 4 -

37. Hình 2.24: Kết cấu bộ truyền bánh răng đai răng
38. Hình 2.25: Bánh xích dẫn tầng 2(tỉ lệ 1:1)
39. Hình 2.26: Mô tả chuyển động trượt đế
40. Hình 2.27: Mô tả chuyển động ngã cấu kiện
41. Hình 2.28: Mô tả chuyển động trượt ngang tầng 2
42. Hình 2.29: Sơ đồ nối acqui
43. Hình 2.30: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo nguồn 5V
44. Hình 2.31: Sơ đồ layout mạch tạo nguồn 5V
45. Hình 2.32: Sơ đồ nguyên lý ATmega32

46. Hình 2.33: Sơ đồ layout ATmega32
47. Hình 2.34: Sơ đồ nguyên lý của AT90S2313
48. Hình 2.35: Mạch layout AT90S2313
49. Hình 2.36: Khối công tắc
50. Hình 2.37: Mạch cách ly sử dụng opto PC817
51. Hình 2.38: Sơ đồ IC đệm ULN2803
52. Hình 2.39: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo nguồn công suất 12VDC
53. Hình 2.40: Mạch layout nguồn công suất
54. Hình 2.41: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ
55. Hình 2.42: Sơ đồ layout mạch điều khiển động cơ
- 5 -

LỜI CẢM ƠN


Trong suốt khóa học (2006-2010) tại trường Đại học Nha Trang, với sự giúp đỡ
của quý thầy cô trong Khoa Cơ khí, quý thầy trong Bộ môn Cơ điện tử đã giúp đỡ
chúng em về mọi mặt, đặc biệt là trong thời gian thực hiện đề tài, nên đề tài của chúng
em đã được hoàn thành đúng thời gian quy định. Chúng em xin chân thành cảm ơn tới:
Bộ môn Cơ điện tử cùng tất cả Quý thầy trong Khoa Cơ khí đã truyền đạt
những kiến thức quý báu làm cơ sở để chúng em thực hiện tốt đề tài này và đã tạo điều
kiện thuận lợi để chúng em hoàn tất khóa học.
Đặc biệt, Thầy Vũ Thăng Long, Thầy Nguyễn Văn Định, Thầy Trần Văn Hùng,
Thầy Đỗ Quốc Chí đã tận tình giúp đỡ và cho chúng em những lời chỉ dạy quý báu
giúp chúng em định hướng tốt trong khi thực hiện đề tài này.
Ngoài ra em xin được cảm ơn tất cả bạn bè đã giúp đỡ và động viên trong suốt
quá trình làm đề tài tốt nghiệp.
Nha trang, tháng 05 năm 2010

Nhóm sinh viên

Nguyễn Ái Hạnh - Nguyễn Văn Việt

- 6 -

LỜI NÓI ĐẦU

Cơ điện tử là một ngành học mới ở nước ta, nhưng nó ngày càng khẳng định
được vai trò trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày nay và sự phát triển
của đất nước trong tương lai. Đây là ngành có sự hội tụ và đúc kết của ba chuyên
ngành là cơ khí, tin học và điện tử mà sản phẩm cuối cùng của nó là một hệ thống tự
động hóa góp phần giải phóng sức lao động của con người.
Đối với sinh viên ngành Cơ điện tử để làm quen với các hệ thống tự động thì
cuộc thi sáng tạo robot là một sân chơi bổ ích. Sản phẩm của cuộc thi này là một hệ
thống tự động đơn giản, nhưng nó là sự cộng tác làm việc của một nhóm sinh viên.
Khi tham gia cuộc thi này, mỗi sinh viên cần áp dụng tất cả những kiến thức đã học cả
về cơ khí, mạch điện và lập trình và sự bàn bạc thảo luận để chế tạo thành công một
con rrobot, và thông qua đó là cơ hội giao lưu học hỏi với các sinh viên trường khác để
hoàn thiện các kiến thức mình đã được học trong bốn năm đại học.
Vì vậy nhóm chúng em được giao thực hiện đồ án tốt nghiệp là làm robot theo
chủ đề và luật của cuộc thi sáng tạo Robot 2010. Từ luật chơi của cuộc thi, nhóm em
gồm hai thành viên thực hiện đề tài “ Thiết kế, chế tạo Robot tự động tham gia
Robocon 2010” có khả năng hoàn thành công việc mà luật chơi yêu cầu.
Sau một thời gian tập trung nghiên cứu, thiết kế và thi công, được sự hướng dẫn
tận tình của Thầy Trần Văn Hùng và Thầy Đỗ Quốc Chí, cùng quý Thầy trong Bộ môn
Cơ điện tử và của Khoa Cơ khí, chúng em đã hoàn thành đề tài trong thời gian đặt ra.
Chúng em xin chân thành cảm ơn Quý thầy đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ
án tốt nghiệp này.
Vì thời gian và kiến thức có hạn nên trong đồ án có nhiều phần còn hạn chế và
còn nhiều điểm chưa khắc phục được. Mong quý Thầy trong khoa tận tình giúp đỡ để

Đồ án tốt nghiệp của chúng em được hoàn thiện hơn.











Sinh viên thực hiện

Nguyễn Ái Hạnh - Nguyễn Văn Việt
- 7 -








Chương 1:
GIỚI THIỆU CHUNG
- 8 -

1.1. Giới thiệu chung về Robocon
1.1.1. Giới thiệu cuộc thi sáng tạo Robot

Robocon, viết tắt của chữ Robot Contest, là cuộc thi sáng tạo robot Châu Á Thái
Bình Dương hằng năm. Cuộc thi được tổ chức lần đầu tiên vào năm 2002 tại Nhật Bản
có 20 đội đến từ các quốc gia trong khu vực tham gia và Việt Nam đã lần đầu tiên
đăng quang trong cuộc thi này. Từ đó đến nay, Robocon Việt Nam đã ba lần đạt chức
vô địch với các đại diện tiêu biểu cho tinh thần học tập và sáng tạo của sinh viên Việt
Nam.
Cuộc thi này đã thu hút khá nhiều sinh viên trong khu vực và trong nước yêu
khoa học, công nghệ tham gia. Đã có rất nhiều thế hệ sinh viên đạt được nhiều thành công
từ những kì thi này.
Trường Đại học Nha Trang cũng nhiều năm tham gia cuộc thi sáng tạo Robot trong
nước và đã đạt được những thành tích nhất định.
1.1.2. Sơ đồ cấu trúc của Robot












Hình 1.1. Sơ đồ chung của Robot.

1.1.3. Chủ đề và luật thi Robocon năm 2010
a. Giới thiệu về chủ đề
Cuộc thi sáng tạo Robot châu Á - Thái Bình Dương 2010, được tổ chức tại
Cairo–Ai Cập với chủ đề là: Robo-Pharaohs xây Kim tự tháp (Robo-Pharaohs Build

Pyramid).
Ý tưởng này được dựa trên việc một cỗ máy thời gian ảo đưa những người thợ
xây dựng Kim tự tháp của Ai Cập vào trong phòng học của các trường kĩ thuật. Mục
tiêu mới là xây dựng các phần của ba Kim tự tháp theo trình tự. Các thành viên trong
đội phải có sự nhanh nhẹn, chính xác và phối hợp tốt. Họ phải tuân theo quy định
không được sử dụng bất kỳ một vật liệu kết dính nào giữa các khối cấu kiện.
Bộ điều
khiển trung
tâm

Đối tượng
Nút nhấn
Start
Cơ cấu chấp
hành

Công tắc
hành trình

Encoder
Cảm biến dò
đư
ờng

Cảm biến
khác

LED
- 9 -

Đội chiến thắng gọi là “Robo-Pharaoh” là đội hoàn thành việc xây dựng các phần
của 3 Kim tự tháp nhanh nhất. Trong vòng 3 phút, đội đỏ và đội xanh sẽ thi đấu với
mục đích tạo dựng lại một trong bảy Kỳ quan của thế giới cổ đại.
b. Khái quát về luật thi

Hình 1.2: Tổng thể sân Robocon 2010
- Mỗi trận thi đấu gồm có hai đội xanh (blue) và đội đỏ (red).
- Mỗi đội phải xây dựng hoàn thành 3 kim tự tháp:
+ Thứ nhất là Kim tự tháp Khufu do Robot điều khiển bằng tay thực hiện trong
thời gian 90 giây để đặt:
• 3 khối cấu kiện ở tầng thứ nhất.
• 3 khối cấu kiện ở tầng thứ hai.
• 1 khối cấu kiện ở tầng thứ ba.
• 1 khối cấu kiện vàng ở đỉnh.
+ Thứ hai là Kim tự tháp Khafraa sẽ do một hoặc hai Robot tự động trong thời gian
60 giây xây dựng:
• 3 khối cấu kiện ở tầng thứ nhất.
• 3 khối cấu kiện ở tầng thứ hai.
• 1 khối cấu kiện ở tầng thứ ba.
• 1 khối cấu kiện vàng ở đỉnh.
+ Cuối cùng là việc hoàn thành Kim tự tháp Mankaura do một Robot tự động trong
thời gian 30 giây để đặt:
Khuffu

Khafaraa

Mankaura
Khu v
ực bằng tay
(đ

ội đỏ)

Khu vực bằng tay
(đội xanh)
Khu vực tự động
một (đội đỏ)
Khu vực tự động
một (đội xanh)
Khu vực tự động
hai (đội đỏ)
Khu vực tự động
hai (đội xanh)
- 10 -

• 1 khối cấu kiện ở tầng giữa.
• 1 khối cấu kiện vàng ở đỉnh.
- Robot xây dựng Kim tự tháp Mankauraa phải theo một trình tự như sau: trước khi
cánh tay Robot tự động này chạm vào khối đỉnh phải đặt hoàn thành khối các cấu
kiện ở tầng dưới của Kim tự tháp Mankauraa.
- Đội nào hoàn thành việc xây dựng ba Kim tự tháp trước là đội “Robo-Pharaoh” và
là đội chiến thắng. Trong trường hợp không có đội nào giành được “Robo-
Pharaoh” thì phần thắng sẽ thuộc về đội có số điểm cao hơn.
- Mỗi trận đấu kéo dài 3 phút.
- Chi tiết về luật chơi và sân thi đấu tham khảo tại website:

- Sân thi đấu xem PHỤ LỤC C
c. Cách tính điểm
- Với từng khối cấu kiện trên mỗi tầng của ba Kim tự tháp, sai số tối đa cho phép là
25mm theo phương ngang. Không được phép có sai số trong các phương khác.
- Với mỗi khối cấu kiện thường, trong trường hợp vượt quá sai số cho phép sẽ không

được tính điểm. Với khối cấu kiện vàng, nếu vượt quá sai số cho phép thì chỉ được
tính một nửa số điểm. Mọi khối cấu kiện, kể cả khối vàng nếu đặt không theo
phương nằm ngang thì sẽ không được tính điểm.
+ Kim tự tháp Khufu (22 điểm):
• 1 điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng giữa thứ nhất.
• 2 điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng giữa thứ hai.
• 3 điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng giữa thứ ba.
• 10 điểm cho khối mầu vàng ở đỉnh tháp.
+ Kim Tự Tháp Khafraa (44 điểm):
• 2 điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng giữa thứ nhất.
• 4 điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng giữa thứ hai.
• 6 điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng giữa thứ ba.
• 20 điểm cho khối mầu vàng ở đỉnh tháp.
+ Kim tự tháp Mankaura (24 điểm):
• 4 điểm giành cho một khối cấu kiện tại tầng dưới.
• 20 điểm giành cho khối cấu kiện vàng trên đỉnh.
+ Kết quả của trận đấu sẽ được công bố sau 3 phút thi đấu như sau:
• Tổng số điểm ghi được của mỗi đội sẽ được công bố sau khi đã trừ đi các
điểm phạm luật.
• Đội được tôn vinh là "Robo-Pharaoh" sẽ được cộng thêm 30 điểm có nghĩa là
tổng số điểm đạt được lên tới 120 điểm.
• Phần thắng sẽ thuộc về đội có điểm số cao hơn đội kia.
- 11 -

1.2. Giới thiệu cơ sở lý thuyết
1.2.1. Phần cơ khí
a. Giới thiệu dụng cụ cơ khí chính
Chen phần của việt
b. Giới thiệu nguyên vật liệu, thiết bị
Ø Nguyên vật liệu

- Nhôm: Đây là loại vật liệu rất bền, nhẹ, dễ gia công được sử dụng rộng rãi trong
đời sống. Sản phẩm công nghiệp của nó tiêu biểu là thanh nhôm cao cấp được sử trong
xây dựng và các sản phẩm gia dụng. Đây cũng là vật liệu chính trong chế tạo robot và
các mô hình thí nghiệm.
- Thép: Đây là vật liệu rất phổ biến trong đời sống, đặc biệt trong ngành chế tạo
máy xản xuất ra bulong, đinh vít, bánh răng, bánh xích, trục Trong chế tạo robot thì
thép được sử dụng hàn khung, tiện trục, phay bánh răng và bánh xích
- Phôi nhựa: là một loại polyme bền, nhẹ, dễ gia công cắt gọt và tạo hình, khuôn.
Được sử dụng trong chế tạo máy và dụng cụ gia đình. Trong chế tạo robot phôi nhựa
được sử dụng tiện tang cuốn cáp, con lăn, bạc đở, và gia cường cho nhôm hộp tại một
số vị trí chịu lực.
- Các loại vật liệu khác như Inox, phíp, mika, gỗ, ,củng được sử dụng trong chế
tạo robot
Ø Thiết bị
* Bánh xe:
Có nhiều loại bánh xe được chế tạo bằng nhôm, nhựa, , truyền động trực
tiếp từ động cơ có hộp giảm tốc hay thông qua bộ truyền động đai. Kích thước
bánh phụ thuộc vào yêu cầu của người sử dụng mà có thể tự gia công (bằng
phương pháp tiện) hoặc có bán sẳn trên thị trường. Dưới đây là hình dáng một số
loại bánh có sẳn trên thị trường.






Hình 1.4: Hình dáng một vài loại bánh xe robot
(a)- Bánh xe truyền động trực tiếp nhờ động cơ có hộp giảm tốc.
(b)- Bánh xe truyền động bằng đai

(a)

(b)

- 12 -

* Động cơ điện một chiều: là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều.
- Cấu tạo:
Gồm có 3 phần chính:
+ Stator (đứng yên) là phần cảm sinh ra từ trường trong mạch từ của động
cơ điện 1 chiều, Stator có một hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm
điện được đặt xen kẽ nhau.
+ Rotor (quay) là phần ứng, Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với
nguồn điện một chiều.
+ Cổ góp, chổi than là bộ phận cung cấp điện cho các cuộn dây động cơ.
- Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều:




Phần cảm (phần kích từ- thường đặt trên stato) tạo ra từ trường đi trong
mạch từ, xuyên qua các vòng dây quấn của phần ứng (thường đặt trên rôto). Khi
có dòng điện chạy trong mạch phần ứng, các thanh dẫn phần ứng sẽ chịu tác động
bởi các lực điện từ theo phương tiếp tuyến với mặt trụ rotor, làm cho rotor quay.
Chính xác hơn, lực điện từ trên một đơn vị chiều dài thanh dẫn là tích có hướng
của vectơ mật độ từ thông B và vectơ cường độ dòng điện I. Dòng điện phần ứng
được đưa vào rotor thông qua hệ thống chổi than và cổ góp. Cổ góp sẽ giúp cho
dòng điện trong mỗi thanh dẫn phần ứng được đổi chiều khi thanh dẫn đi đến một

cực từ khác tên với cực từ mà nó vừa đi qua (điều này làm cho lực điện từ được
sinh ra luôn luôn tạo ra mômen theo một chiều nhất định). Dòng điện chạy qua
động cơ được tính theo biều thức sau:
I = (V
Nguon
− V
PhanDienDong
) / R
PhanUng


Pha 1: Từ trường của
rotor cùng cực với
stator, sẽ đẩy nhau
tạo ra chuyển động
quay của rotor
Pha 2: Rotor tiếp tục
quay
Pha 3: Bộ phận chỉnh
điện sẽ đổi cực sao cho
từ trường giữa stator và
rotor cùng dấu, trở lại
pha 1

- 13 -

Công suất của động cơ đưa ra được, được tính bằng:
P = I * (V
PhanDienDong
)

- Một số động cơ điện một chiều sử dụng trong Robocon:
+ Động cơ Hình 1.15 chuyên dùng cho các cơ cấu có tốc độ không cần cao.
Nguồn 24VDC, tốc độ ở trục 100vòng/phút, công suất 17w, momen xoắn cực đại
2.5N.m, khối lượng 250g, đường kính trục 6mm, hệ số giảm tốc là 50:1
Bánh răng hộp giảm tốc bằng thép rất cứng, không có hiện tượng bị bể bánh bánh
răng, không có hiện tượng bị gãy trục.














Hình 1.5: Đông cơ Hàn Quốc
+ Động cơ Hình 1.16 được sử dụng cho các cơ cấu chịu tải trọng lớn với
kết cấu hộp giảm tốc trục vít bánh vít tự hãm rất tốt. Nguồn 24VDC, công suất
30w, tốc độ 140rpm, khối lượng 500g ,tải trọng nâng được 10kg/0.5m/s.

Hình 1.6: Đông cơ trục vít bánh vít
+ Trên Hình 1.7 là một số loại động cơ khác:
- 14 -
















Hình 1.7: Một số loại động cơ khác
* Một số thiết bị khác: đinh Rive, bulong các cỡ,…
- 15 -

1.2.2. Phần điện
a. Lý thuyết sơ lượt Vi điều khiển AVR

- Vi điều khiển ATmega32 thuộc họ AVR là họ vi điều khiển 8 bits theo công
nghệ mới, với những tính năng rất mạnh được tích hợp trong chip của hãng Atmel theo
công nghệ RISC (viết tắt của Reduced Instructions Set Computer - Máy tính với tập
lệnh đơn giản hóa ), nó mạnh ngang hàng với các họ vi điều khiển 8 bits khác như
PIC, Pisoc. Do ra đời muộn hơn nên họ vi điều khiển AVR có nhiều tính năng mới đáp
ứng tối đa nhu cầu của người sử dụng. So với họ 8051, 89xx thì nó có độ ổn định, khả
năng tích hợp, sự mềm dẻo trong việc lập trình và tiện lợi hơn rất nhiều.
* Vi điều khiển ATmega32
ATmega32 có đầy đủ tính năng của họ AVR, có giá thành vừa phải, rất phù hợp dùng
để thiết kế những hệ thống vừa và nhỏ.













Một số đặc tính của ATmega32 :
+ Bộ nhớ 32K (flash) .
+ Bộ nhớ 1024 Byte (EEPROM) .
+ Bộ nhớ 2K (SRAM) .
+ Đóng vỏ 40 chân, trong đó có 32 chân vào ra dữ liệu chia làm 4 PORT A, B,
C, D. Các chân này đều có chế độ điện trở treo (pull_up resistors).
+ Các đường dẫn vào/ra (I/O) lập trình được .

+ Giao tiếp SPI.
+ Giao tiếp I2C.
+ Có 8 kênh ADC 10 bits .
+ Một bộ so sánh analog.
+ Ba kênh băm xung PWM .
+ Hai bộ timer/counter 8 bits, 1 bộ timer/counter1 16 bits .
Hình 1.8: Sơ đồ chân của ATmega32
- 16 -

+ Một bộ định thời Watchdog .
+ Một bộ truyền nhận UART lập trình được .
+ Giao thức SPI đồng bộ .
+ Một bộ so sánh analog .
+ Các chế độ tiết kiệm năng lượng như sleep, stand by vv .
+ Điện áp hoạt động từ 2,7 – 5,5 V .
Hình 1.9: Sơ đồ khối của ATmega32


- 17 -

* Vi điều khiển AT90S2313
Vi điều khiển này cũng thuộc họ AVR, có sơ đồ chân Hình 1.27.

Hình 1.10: Sơ đồ chân của AT90S2313

Một số đặc tính của Vi điều khiển AT90S2313 :
+ Đóng vỏ 20 chân. Trong đó có 15 chân vào ra dữ liệu chia thành 2
PORT Bvà D.
+ Bộ nhớ Flash 2K .
+ Bộ nhớ SRAM 128 Byte .

+ Bộ nhớ EEPROM 128 Byte .
+ Một bộ Timer/Counter 8 bit .
+ Một bộ Timer/Counter 16 bit .
+ Một bộ so sánh analog .
+ Một bộ định thời Watchdog .
+ Giao thức SPI đồng bộ .
+ Một bộ truyền nhận UART lập trình được .
*Các đặc tính của Vi điều khiển AVR cụ thể hơn tại Web site: www.atmel.com
- 18 -

b. Giới thiệu cảm biến do tốc độ
- Có nhiều loại cảm biến tốc độ: cảm biến hall, điện từ, quang…
Dụng cụ đo tốc độ quay thường được sử dụng là encorder sử dụng cảm biến quang,
cảm biến hall hay điện từ, đếm số vòng quay trong một đơn vị thời gian từ đó có
thể suy ra được tốc độ quay. Dưới đây là một số hình ảnh của encoder quang số và
tuong tự:

(a) (b)
Hình 1.11: Hình dáng và cấu tạo bên trong encoder
(a)- Hình dáng trong thực tế, (b)-Cấu tạo của encoder quang

Hinh 1.12: Tín hiệu ra của encoder tương đối
Hình 1.29 trên là cấu tạo đĩa quay và biểu đồ xung đầu ra của encoder tương
đối gồm có 2 xung A và B









Hình 1.13: Tín hiệu ra encoder tuyệt đối

Hình 1.30 là cấu tạo và biểu đồ xung của một encoder quang tương tự 16 bits ra
- 19 -

c. Giới thiệu linh kiện khác
- IC giải mã bàn phím 74hc148:
- IC khuếch đại LM324:
- IC ổn áp 7805, 7812.
- Công tắc hành trình.
- Rơle, IRF540,….
- 20 -

Chương 2:
PHƯƠNG PHÁP
VÀ
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- 21 -

2.1. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu của nhóm em theo trình tự như sau:
Bước 1: Tìm hiểu một cách khái quát Robocon các năm trước nhằm mục đích:
+ Để có một cái nhìn tổng quan về Robocon.
+ Biết cách thành lập đội Robocon làm việc có hiệu quả, biết cách phân bố, tổ
chức công việc trong đội.
+ Vạch kế hoạch cho bản thân và toàn đội.
+ Tìm hiểu một số kết cấu cơ khí, nguyên lý điện và các giải thuật, thuật toán
hay làm bài học.
Bước 2: Đọc và nghiên cứu luật thi.
Đây là bước không thể thiếu trong các cuộc thi Robot, nó đóng vai trò là điều
kiện cần trong việc sáng tạo và thi công Robot. Thực hiện bước này nhằm mục
đích:
+ Đưa ra các chiến thuật thi đấu và ý tưởng thiết kế hợp lý.

+ Tính toán thiết kế bản vẽ và chế tao tiết kiệm, không bị phạm quy.
Yêu cầu:
+ Nhớ nội dung chính của luật.
+ Đọc đi lại nhiều lần để nắm được ý đồ của người viết luật.
+ Nghiên cứu từng khía cạnh, nhìn nhận vấn đề từ nhiều hướng.
Bước 3: Phác thảo ý tưởng và đưa ra bàn luận trước đội và chỉ đạo viên:
Sau khi thực hiện bước 2, mỗi thành viên trong đội sẽ nêu ý tưởng của mình,
phác thảo ra giáy hoặc bản vẽ trên máy tính và trình bày trước toàn đội, cả đội
thảo luận và chọn ra ý tưởng tốt nhất, hoàn thiện ý tưởng.
Bước 4: Thiết kế bản vẽ chi tiết và mô phỏng
Sau khi cả đội thống nhất ý tưởng thi bắt đầu thiết kế bản vẽ.
Mục đích: Cụ thể hình dáng, kích thước Robot, lựa chọn vật liệu và kiểm
tra lại lần cuối mức độ hợp lý của kết cấu trước khi gia công.
Yêu cầu:
+ Hoàn thành bản vẽ với đầy đủ các thông số chế tạo.
+ Tiết kiệm kinh tế, dễ chế tạo.
Bước 5: Tiến hành gia công Robot.
Bước 6: Thử nghiệm và sửa chữa.



- 22 -

2.2. Nội dung nghiên cứu
2.2.1. Xây dựng phương án
a. Nhiệm vụ của Robot tự động xây dựng Kim tự tháp Khafraa
- Robot tự động phải di chuyển một cách tự động, khi nó được khởi động trong 1
pha thi đấu bởi một thành viên trong đội nhấn nút.
- Lúc bắt đầu trận đấu, ở khu vực khởi động, kích thước của Robot tự động (bao
gồm cả các khối cấu kiện đặt trước) không được vượt quá 1m(dài) x 1m(rộng) x 1.5

m (cao). Không có giới hạn nào sau khi bắt đầu cuộc thi.
- Phải hoàn thành công việc (xây xong kim tự tháp) trong khoảng thời gian 60s.
- Sai số cho phép của các khối cấu kiện được xếp với quy định là không được
vượt quá 25mm theo phương ngang.
- Mỗi Robot tự động có thể được nạp (trước khi bắt đầu trận đấu) một số cấu kiện
tuỳ ý.
- Để xây dựng kim tự tháp này có thể sử dụng 1 hoặc 2 Robot tự động.

b. Xây dựng phương án
Hình dáng và kích thước Kim tự tháp Khafraa như Hình 2.1 dưới đây:












Kim tự tháp này bao gồm: 1 móng, 3 tầng giữa, và 1 đỉnh (Hình 2.1a).
Có 10 cấu kiện được đặt trước ở tầng giữa thứ 1 (Hình 2.1a).
Có 3 cấu kiện được đặt trước ở tầng giữa thứ 2 (Hình 2.1a).
Có 2 cấu kiện được đặt trước ở tầng giữa thứ 3 (Hình 2.1a).
Các khối cấu kiên được đặt cố định trên Kim tự tháp có kích thước
500mm*500mm*300mm (Hinh 2.2).
Hình 2.1: Hình dáng và kích thước kim tự tháp Khafraa
(b)

T
ầng giữa thứ
T
ầng giữa thứ
T
ầng giữa thứ
Móng Kim t
ự
Vùng đ
ỉnh

(a)
Vùng
xếp
cấu
kiện
- 23 -

Robot tự động này phải đặt các khối cấu kiện chính (Hinh 2.3) vào vùng xếp cấu
kiện, và khối cấu kiện đỉnh (Hình 2.4) vào vùng đỉnh để hoàn thành nhiệm vụ
trong pha này.



















Hình 2.2: Kích thước hình dáng khối cấu kiện cố định trên Kim tư tháp.
Hình 2.3: Hình dáng kích thước khối cấu kiện chính
- 24 -

Từ việc phân tích nhiệm vụ và luật thi nhóm chúng em đã đưa ra một số phương
án sau:
* Phương án 1
Thiết kế Robot xếp sẵn 6 khối cấu kiện trước khi bắt đầu trận đấu với cơ cấu đặt
cấu kiện lên Kim tự tháp Khafraa sử dụng băng tải.
Robot gồm các chuyển động như sau: Chuyển động của bánh tiếp cận Kim tự
tháp, chuyển động tịnh tiến lên xuống của khung chứa cấu kiện, chuyển động của băng
tải đưa cấu kiện vào vị trí đẩy cấu kiện, chuyển động tịnh tiến của tay đẩy cấu kiện vào
kim tự tháp.
Hình dáng và cách xếp cấu kiện được mô tả như trên Hình 2.5.

Hình 2.4: Hình dáng kích thước khối cấu kiện đỉnh
Hình 2.5 : (a)- Cách đặt cấu kiện, (b)- , bố trí chung
(a)
(b)
- 25 -


- Ưu điểm:
+ Có thể xếp trước được nhiều khối cấu kiện trên thân Robot.
+ Kết cấu khá đơn giản.
- Nhược điểm:
+ Do phải tiếp cận Kim tự tháp nên tính ổn định không cao.
+ Đẩy cấu kiện vào Kim tự tháp dễ bị xô lệch.
+ Hoàn thành công việc chậm.
+ Khi retry sẽ không thể xếp được toàn diện các khối cấu kiện.
+ Lập trình khá phức tạp.
* Phương án 2
Thiết kế Robot đi lấy cấu kiện ở kho chứa. Robot sau khi được khởi động ở khu
vực xuất phát, nó sẽ hoạt động một cách tự động đến kho chứa cấu kiện sử dụng tay
kẹp hình bình hành để lấy cấu kiện đến xây dựng Kim tự tháp. Robot gồm các chuyển
động sau: Chuyển động của hai bánh, chuyển động lên xuống tịnh tiến của cánh tay,
chuyển động tịnh tiến vươn tay kẹp, chuyển động kẹp của tay kẹp, chuyển động quay

của tất cả các cơ cấu trên đế.
Hình dáng và cách xếp cấu kiện được mô tả như trên Hình 2.6.













Hình 2.6: Cách đặt cấu kiện (a), bố trí chung (b)
- Ưu điểm:
+ Có nhiều chiến thuật đánh .
+ Kích thước Robot gọn thẩm mĩ.
+ Không sợ cấu kiện rơi ra khỏi Robot khi retry.
- Nhược điểm:
+ Kết cấu Robot khá phức tạp.
(b) (a)