Đồ án thiết kế, chế tạo robot tham gia cuộc thi robocon 2010 phần mạch và lập trình điều khiển

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, em đã
nh
ận được sự giúp đỡ, động viên, khích lệ của gia đình, thầy cô và bạn bè. Qua đây
em xin được bày tỏ lòng biết ơn đến:
Ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí – Trường Đại học Nha Trang.
Tập thể quý thầy cô giáo, bạn bè trong khoa Cơ Khí.
Tập thể đội Robocon năm 2010 Trường đại học Nha Trang.
Đặc biệt
em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Nguyễn Văn Nhận,
thầy Th.S Vũ Thăng Long, thầy Trần Văn Hùng, thầy Đỗ Quốc Chí và thầy Nguyễn
Văn Định đ
ã hướng dẫn, giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Em
xin c
ảm ơn gia đình đã tạo điều kiện, động viên em trong suốt thời gian học tập và
làm đồ án tại Trường.
Nha Trang, ngày 25 tháng 05 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Trịnh Hồng Quang
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ tên : Trịnh Hồng Quang Lớp: 48CTU
Chuyên ngành: Công nghệ Cơ Điện Tử Mã ngành:
Tên đề tài : “Thiết kế chế tạo Robot tham gia Robocon 2010”
Số trang………………, số chương…………… , tài liệu tham khảo
Hi
ện vật:

Nhận xét

K
ết luận:


Nha Trang, ngày… tháng … năm…
Cán bộ hướng dẫn
(Kí và ghi rõ họ tên)
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
Họ tên : Trịnh Hồng Quang Lớp: 48CTU
Chuyên ngành : Công nghệ Cơ Điện Tử Mã ngành:
Tên đề tài : “Thiết kế chế tạo Robot tham gia Robocon 2010”
Số trang………………, số chương…………… , tài liệu tham khảo
Hi
ện vật:

Nhận xét

K
ết luận:


Điểm phản biện
Điểm chung
Bằng số Bằng chữ
Nha Trang, ngày… tháng … năm…
Cán bộ phản biện
(Kí và ghi rõ họ tên)
Nha Trang, ngày … tháng … năm …
Chủ tịch hội đồng
(Kí và ghi rõ họ tên)
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH SỬ DỤNG TRONG BÁO CÁO
DANH SÁCH BẢNG BIỂU DÙNG TRONG BÁO CÁO
L
ỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I:GIỚI THIỆU CHUNG 1
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CUỘC THI SÁNG TẠO ROBOT 1
1.2. GI
ỚI THIỆU LUẬT CỦA CUỘC THI SÁNG TẠO ROBOT 2010 1
1.2.1 T
ổng quan về sân thi đấu 1
1.2.2. Quy định cho trận đấu 4

1.3.3. Cách tính điểm 4
1.3. LU
ẬT THI ĐẤU CHI TIẾT VÙNG ROBOT ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY 5
1.3.1. Gi
ới thiệu vùng sân thi đấu của Robot bằng tay 5
1.3.2. Quy định khi thi đấu 8
1.3.3. Quy định đối với Robot bằng tay khi thiết kế chế tạo 9
1.4. CÁC B
Ộ PHẬN CHÍNH CỦA ROBOT 9
1.4.1. H
ệ thống nút nhấn điều khiển 10
1.4.2. B
ộ điều khiển trung tâm 13
1.4.3. Kh
ối truyền động 30
1.4.4. Công t
ắc hành trình 36
CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - 37 -37
2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38
2.2. N
ỘI DUNG NGHIÊN CỨU 39
2.2.1 Tìm hi
ểu Robot các năm trước 39
2.2.2. Xây d
ựng các phương án 39
2.2.3. Xây d
ựng các phương án 40
2.3. THI
ẾT KẾ CHO PHƯƠNG ÁN ĐƯỢC LỰA CHỌN 44
2.3.1. Thi

ết kế cơ khí 44
2.3.2. Thi
ết kế mạch điện 51 -51
2.3.3 L
ập trình điều khiển 58
2.4. CH
Ế TẠO CÁC PHẦN VÀ LẮP RÁP ROBOT 63
CHƯƠNG III: THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 64
3.1. NHỮNG LỖI PHÁT SINH SAU KHI THỬ NGHIỆM TRÊN SÂN 65
3.2. CÁCH KHẮC PHỤC VÀ SỬA CHỮA LỖI 65
3.3. K
ẾT QUẢ SAU KHI KHẮC PHỤC VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 65
3.3.1. K
ết quả khắc phục : 65
3.3.2
Hướng phát triển 66
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 67
4.1. KẾT LUẬN 67
4.2. ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO 70
DANH MỤC HÌNH SỬ DỤNG TRONG BÁO CÁO
Trang
Hình 1.1: Tổng quan sân thi đấu Robocon 2010 2
Hình 1.2: Kim t
ự tháp Khufu 2
Hình 1.3: Kim t
ự tháp Khafa 3
Hình 1.4: Kim t
ự tháp Mankaura 3
Hình 1.5: Vùng sân thi

đấu của Robot bằng tay 6
Hình 1.6: Hình d
ạng và kích thước khối cấu kiện cố định 6
Hình 1.7: Kh
ối cấu kiện chính dùng để xây dựng Kim tự tháp 7
Hình 1.8: Kh
ối cấu đỉnh Vàng dùng để xây dựng Kim tự tháp 7
Hình 1.9: S
ơ đồ chung của một Robot 9
Hình 1.10: S
ơ đồ chung của Robot điều khiển bằng tay 10
Hình 1.11: Hình d
ạng bên ngoài của tay cầm Sony Playstation 2 10
Hình 1.12:
Sơ đồ đấu nối dây của tay cầm Sony Playstation 2 11
Hình 1.13:
Đọc một byte từ tay cầm Sony Playstation 2 12
Hình 1.14:
Đọc một Frame từ tay cầm Sony Playstation 2 12
Hình 1.15: M
ột số Vi điều khiển họ AVR 13
Hình 1.16: C
ấu trúc bộ nhớ của AVR 14
Hình 1.17: Thanh ghi 8 bit 15
Hình 1.18: Register file 15
Hình 1.19: C
ấu trúc bên trong của AVR 17
Hình 1.20: C
ấu trúc chân trong PORT của Vi điều khiển AVR 18
Hình 1.21: Thanh ghi DDRA 18

Hình 1.22: Thanh ghi PORTA 19
Hình 1.23: Thanh ghi PINA 19
Hình 1.24:
Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 8bit 20
Hình 1.25:
Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 16 bit 20
Hình 1.26: Thanh ghi TCCR0 21
Hình 1.27: Thanh ghi TCNT0 22
Hình 1.28: Thanh ghi 0CR0 22
Hình 1.29: Thanh ghi m
ặt nạ ngắt 23
Hình 1.30: Thanh ghi c
ờ ngắt 23
Hình 1.31:
Sơ đồ thời gian của chế độ so sánh 24
Hình 1.32: Ch
ế độ Fast PWM 25
Hình 1.33: Ch
ế độ Phase correct PWM 25
Hình 1.34: Ch
ế độ Phase correct PWM 26
Hình 1.35: S
ơ đồ chân của ATMEGA32 27
Hình 1.36: Hình d
ạng bên ngoài của ATMEGA32 28
Hình 1.37: Linh ki
ện Opto 28
Hình 1.38: Linh ki
ện ULN2803 29
Hình 1.39: Linh ki

ện IRF540 29
Hình 1.40:
Rơ le 29
Hình 1.41: Cấu tạo của động cơ DC 30
Hình 1.42: Nguyên t
ắc hoạt động của động cơ DC 31
Hình 1.43:
Động cơ DC KM3448 32
Hình 1.44:
Động cơ gạt nước 33
Hình 1.45: M
ột bộ nhông, đĩa và xích 34
Hình 1.46: B
ộ truyền đai 35
Hình 1.47: Các lo
ại bánh được sử dụngtrong Robot 36
Hình 1.48: Công t
ắc hành trình thường thấy trong Robocon 36
Hình 2.1: Robot
điều khiển bằng tay phương án 1 40
Hình 2.2: Robot
điều khiển bằng tay phương án 2 42
Hình 2.3: Robot
điều khiển bằng tay phương án 3 43
Hình 2.4: B
ản vẽ khâu trượt đế của Robot bằng tay 45
Hình 2.5: B
ản vẽ khối gỗ nằm ngang đỡ phần thân Robot 45
Hình 2.6: B
ản vẽ con lăn trượt đế 46

Hình 2.7: B
ản vẽ nhôm tấm dùng để giữ hai đầu con lăn 46
Hình 2.8:
Đĩa xích 47
Hình 2.9: Nhông xích g
ắn trực tiếp trên động cơ 47
Hình 2.10: Hình
ảnh thực tế của khâu trượt đế robot bằng tay 48
Hình 2.11: Con l
ăn trong cơ cấu nâng hạ cánh tay Robot 48
Hình 2.12: Tang
đẩy quà làm từ phôi nhựa 49
Hình 2.13: Khâu l
ấy quà của Robot điều khiển bằng tay 49
Hình 2.14: Cánh tay phía trên c
ủa Robot 50
Hình 2.15: Cánh tay phía d
ưới của Robot 50
Hình 2.16: Nhông g
ắn trên trục đẩy quà 50
Hình 2.17: Mô ph
ỏng Robot điều khiển bằng tay 51
Hình 2.18:
Sơ đồ nguyên lý mạch tạo nguồn 5V 51
Hình 2.19: Kh
ối mạch ATMEGA32 52
Hình 2.20: M
ạch tạo nguồn công suất 53
Hình 2.21: M
ạch cách ly 54

Hình 2.22: Kh
ối đệm sử dụng IC ULN28 54
Hình 2.23: M
ạch đóng mở và đảo chiều một động cơ 55
Hình 2.24: M
ạch Layout của Robot bằng tay 57
Hình 2.25: M
ạch điều khiển ngoài thực tế 57
Hình 2.26: Gi
ải thuật đọc Gamepad 58
Hình 2.27: Gi
ải thuật điều khiển Robot bằng tay 60
Hình 2.28
: Hình ảnh Robot ngoài thực tế 63
DANH SÁCH BẢNG BIỂU DÙNG TRONG BÁO CÁO
Bảng 1: Bảng chia giai đoạn và thời gian thực hiện mỗi giai đoạn
B
ảng 2: Số chân có ở đầu ra của tay cầm Sony Playstation 2
B
ảng 3: Cấu hình các chân của cổng
B
ảng 4: Bảng chọn chế độ hoạt động của Timer
B
ảng 5: Chế độ so sánh không PWM
B
ảng 6: Bảng mô tả các bit chọn nguồn xung
LỜI MỞ ĐẦU
Với việc phát minh ra các loại máy móc thì lao động chân tay của con người
ngày càng hạn chế, thay vào đó con người chỉ chế tạo và điều khiển các máy móc
để thực hiện công việc của m

ình. Tuy nhiên với các loại máy móc thông thường thì
độ chính xác không cao, phụ thuộc nhiều vào người điều khiển. Vì vậy, con người
đ
ã phát minh ra Robot tự động, Robot tự động sẽ là lao động chính trong tương lai,
và là xu hướng phát triển của các ngành công nghiệp trong thời đại ngày nay.
Đối với sinh viên ngành Cơ điện tử để làm quen với Robot thì Robocon là
m
ột sân chơi bổ ích, tham gia Robocon đòi hỏi sinh viên phải biết áp dụng tất cả các
kiến thức mình đã học về cơ khí, điện tử và lập trình thì mới có thể hoàn thành được
một Robot. Thông qua sân chơi này sinh viên được giao lưu học hỏi với các sinh
viên trường khác để h
oàn thiện hơn kiến thức của mình. Và cũng chính vì lý do đó
mà nhóm chúng em đã chọn đề tài tốt nghiệp là : “Thiết kế chế tạo Robot điều
khiển bằng tay tham gia Robocon 2010” dưới sự hướng dẫn của thầy PGS.TS
Nguy
ễn Văn Nhận, thầy Th.S Vũ Thăng Long, thầy Trần Văn Hùng, thầy Đỗ Quốc
Chí và thầy Nguyễn Văn Định.
Do s
ự giới hạn kiến thức cũng như thời gian thực hiện đồ án nên bài báo tốt
nghiệp này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến
của quý thầy cô để bài báo cáo được hoàn thiện hơn.
Bài báo cáo gồm có bốn chương sau:
- Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG
- Chương 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Chương 3: THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH
-
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
- 0 -
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG

- 1 -
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CUỘC THI SÁNG TẠO ROBOT
Robocon là chữ viết tắt của cụm từ Robot Contest, là cuộc thi sáng tạo Robot
Châu Á Thái Bình D
ương 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, đội tuyển Robot
Việt Nam đã ba lần đạt chức vô địch, đã thể hiện tinh thần học tập và sáng tạo của
sinh viên Việt Nam. Cuộc thi này đã thu hút khá nhiều sinh viên trong nước và quốc
tế tham gia. Đã có nhiều thế hệ sinh viên đã đạt được rất nhiều thành công từ những
kì thì này. Trường Đại học Nha Trang cũng đã nhiều năm tham gia cuộc thi sáng tạo
Robot và cũng đã đạt được những thành tích nhất định.
Cuộc thi sáng tạo Robocon 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 t
ưởng 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 n
ào giữa các khối cấu kiện.
Đội chiến thắng gọi l
à “Robo-Pharaoh” là đội hoàn thành việc xây dựng các phần
của ba Kim tự tháp nhanh nhất. Trong vòng ba phút, hai đội sẽ thi đấu với mục đích
t
ạo dựng lại một trong bảy kỳ quan của thế giới.
1.2. GIỚI THIỆU LUẬT CỦA CUỘC THI SÁNG TẠO ROBOT 2010
1.2.1 Tổng quan về sân thi đấu
- Sân thi đấu bao gồm 2 vùng tự động, 1 vùng điều khiển bằng tay và 3 Kim

t
ự tháp (Khufu, Khafa và Mankaura). Vùng điều khiển bằng tay là vùng xây dựng
Kim tự tháp Khufu, vùng tự động thứ nhất là vùng bao quanh Kim tự tháp Khafa,
vùng tự động thứ hai là vùng bao quanh Kim tự tháp Mankaura.
- Mỗi trận thi đấu gồm có hai đội xanh (blue) và đội đỏ (red).
- 2 -
- Mỗi đội phải dùng những con Robot của mình xây dựng hoàn thành 3 Kim
t
ự tháp theo đúng thứ tự.
Hình 1.1: Tổng quan sân thi đấu Robocon 2010
- Thứ nhất là Kim tự tháp Khufu: Mỗi đội sẽ dùng một Robot điều khiển
bằng tay gắp khối các khối cấu kiện để xây dựng Kim tự tháp này.

Hình 1.2: Kim tự tháp Khufu
Số khối cấu kiện để xây dựng Kim tự tháp Khufu:
+ Ba khối cấu kiện ở tầng giữa thứ nhất.
- 3 -
+ Ba khối cấu kiện ở tầng giữa thứ hai.
+ Một khối cấu kiện ở tầng giữa thứ ba.
+ Một khối cấu kiện màu vàng ở đỉnh.
- Thứ hai là Kim tự tháp Khafra: Mỗi đội sẽ dùng một hoặc hai Robot tự
động để xây dựng Kim tự thá
p Khafra trong thời gian 60 giây.

Hình 1.3: Kim tự tháp Khafa
Số khối cấu kiện để xây dựng Kim tự tháp Khafra:
+ Ba khối cấu kiện ở tầng giữa thứ nhất (1st middle layer).
+ Ba khối cấu kiện ở tầng giữa thứ hai (2nd middle layer).
+ Một khối cấu kiện ở tầng giữa thứ ba (3rd middle layer).
+ Một khối cấu kiện vàng ở đỉnh.

- Thứ ba Kim tự tháp Mankaura: Mỗi đội sẽ dùng một Robot tự động để xây
dựng Kim tự tháp này trong khoảng thời gian 30 giây.

Hình 1.4: Kim tự tháp Mankaura
Số khối cấu kiện để xây dựng Kim tự tháp Mankaura:
+ Một khối cấu kiện ở tầng giữa.
+ Một khối cấu kiện vàng ở đỉnh.
Robot này phải xây dựng theo một trình tự sau: Trước khi cánh tay Robot
chạm vào khối cấu kiện đỉnh phải hoàn thành xong tầng dưới của Kim tự tháp
Mankaura.
- 4 -
1.2.2. Quy định cho trận đấu
- Mỗi trận đấu kéo dài 3 phút.
- M
ỗi trận đấu được chia thành ba giai đoạn.
- Robot điều khiển bằng tay có thể được nạp (trước khi bắt đầu trận đấu) tối
đa là bốn khối cấu kiện.
- Mỗi Robot tự động có thể được nạp (trước khi bắt đầu trận đấu) một số cấu
kiện tuỳ ý.
- Mỗi giai đoạn được dành để xây dựng một Kim tự tháp.
- Chỉ có một Robot bằng tay được phép sử dụng.
- Số lượng các Robot tự động được phép sử dụng là 1÷3 Robot.
-
Giai đoạn đầu tiên là sử dụng Robot bằng tay xây dựng Kim tự tháp Khufu.
- Giai đoạn thứ hai là sử dụng một hoặc hai Robot tự động để xây dựng Kim
tự tháp Khafra.
-
Giai đoạn thứ ba là sử dụng một Robot tự động để xây dựng Kim tự tháp
Mankaura.
- B

ảng sau đây cho thấy ba giai đoạn và thời gian hoàn thành mỗi giai đoạn.
Giai đoạn 1 Giai đoạn 2
Giai đoạn 3
Kim tự tháp Khufu Khafa Mankaura
Thời gian 90 60 30
Bảng 1: Bảng chia giai đoạn và thời gian thực hiện mỗi giai đoạn
1.3.3. Cách tính điểm
Với từng khối cấu kiện trên mỗi tầng của 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 vuông, 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 quà đỉnh nếu đặt không
đúng theo phương nằm ngang th
ì sẽ không được tính điểm.
- 5 -
- Kim tự tháp Khufu (22 điểm).
+ Một điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng giữa thứ nhất.
+ Hai điểm cho mỗi
khối cấu kiện ở tầng giữa thứ hai.
+ Ba điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng
giữa thứ ba.
+ Mười điểm cho khối đỉnh tháp m
àu vàng.
- Kim T
ự Tháp Khafra (44 điểm) .
+ Hai điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng giữa thứ nhất.
+ Bốn điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng giữa thứ hai.
+ Sáu điểm cho mỗi khối cấu kiện ở tầng giữa thứ ba.
+ Hai mươi điểm cho khối đỉnh tháp màu vàng.

- Kim t
ự tháp Mankaura (24 điểm).
+ Bốn điểm giành cho một khối cấu kiện tại lớp giữa.
+ Hai mươi điểm gi
ành cho khối đỉnh màu vàng.
K
ết quả của trận đấu sẽ được công bố sau ba phút thi đấu. Tổng số điểm ghi
được của mỗi đội sẽ được công bố sau khi đ
ã trừ đi các điểm phạm luật.
Đội n
ào hoàn thành việc xây dựng ba Kim tự tháp trước được gọi là đội
“Robo-Pharaoh” và là đội chiến thắng. Trong trường hợp không có đội nào giành
được “Robo-Pharaoh” thi phần thắng sẽ thuộc về đội có số điểm cao hơn. Đội được
tôn vinh là "Robo-Pharaoh" sẽ được cộng thêm 30 điểm có nghĩa là tổng số điểm
đạt được l
ên tới 120 điểm.
1.3. LUẬT THI ĐẤU CHI TIẾT VÙNG ROBOT ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY
Mỗi Robot bằng tay có thời gian 90 giây để hoàn thiện việc xây dựng Kim tự
tháp Khufu. Đội nào đặt được khối cấu kiện đỉnh màu vàng lên trước là đội gi
ành
chi
ến thắng trong khu vực Kim tự tháp Khufu .
1.3.1. Giới thiệu vùng sân thi đấu của Robot bằng tay
Vùng thi đấu của Robot bằng tay gồm có những khu vực như sau:
-
Vùng được phép hoạt động của Robot điều khiển bằng tay có kích thước
dài 7.5m và rộng 2m.
- Khu vực xuất phát của Robot điều khiển bằng tay có diện tích 1m
2
.

- 6 -
- Khu vực chứa quà (kho chứa các khối cấu kiện) có kích thước dài 2m và
r
ộng 1m .
- Khu vực thao tác công việc là phần Kim tự tháp chưa hoàn chỉnh sau khi đã
s
ếp các khối cấu kiện cố định.
Hình 1.5: Vùng sân thi đấu của Robot bằng tay
Hình 1.6: Hình dạng và kích thước khối cấu kiện cố định
Khu vực chứa khối cấu kiện đội đỏ
Khu vực chứa khối cấu kiện đội xanh
Khu vực thao tác công việc
Khu vực xuất phát đội đỏ
Khu vực xuất phát đội
xanh
- 7 -
- Sau đây là hình dạng và kích thước khối cấu kiện chính để Robot sắp xếp
vào kim tự tháp.
Hình 1.7: Khối cấu kiện chính dùng để xây dựng Kim tự tháp
Hình 1.8: Khối cấu đỉnh Vàng dùng để xây dựng Kim tự tháp
- 8 -
1.3.2. Quy định khi thi đấu
- Giới hạn kích thước của Robot trước khi bắt đầu mỗi trận đấu là 1m(rộng)
x 1m (dài) x 1,5m (cao).
- Ch
ỉ được đặt tối đa bốn khối cấu kiện lên Robot tại vị trí khởi động.
- Sau tiếng còi bắt đầu thi đấu của trọng tài người điều khiển không được
chạm vào Robot ngoài việc thao tác với tay cầm điều khiển.
- Trong quá trình xây d
ựng kim tự tháp Robot bằng tay có thể xâm phạm

không gian phía trên của vùng sân Robot tự động.
- Trong khi xây dựng lớp phía dưới không có bất cứ phần nào của Robot
được xâm phạm vào vùng không gian của lớp tiếp theo phía trên nó.
- Ch
ỉ được tiến hành xây dựng tầng tiếp theo khi trọng tài xác định là đã đặt
chính xác lớp phía dưới với sai số cho phép.
- Sai số cho phép khi xây dựng các tầng là khoảng cách giữa các khối cấu
kiện không quá 25mm. Nếu sai số vượt quá thi thao tác tiến hành xây dựng tầng tiếp
theo là không được phép.
- Nếu lớp phía dưới chưa hoàn thành mà xâm phạm khu vực lớp tiếp theo sẽ
bị truất quyền thi đấu giai đoạn đó.
- Đối với việc lắp đặt quà đỉnh, nếu đội nào chiếm được trước sẽ được tiến
hành xây dựng, đội kia không còn quyền tranh chấp và lắp đặt đỉnh chóp này nữa.
- Trường hợp hai đội cùng lúc chiếm được vùng không gian đặt khối cấu
kiện đỉnh thì có thể tranh chấp để xây dựng khối chóp cho đội mình.
-
Quy định điểm cho các khối cấu kiện của các tầng như sau:
+ Một điểm cho mỗi cấu kiện đặt vào đúng vị trí ở tầng thứ nhất.
+ Hai điểm cho mỗi cấu kiện đặt vào đúng vị trí ở tầng thứ hai.
+ Ba điểm cho cấu kiện đặt vào đúng vị
trí ở tầng thứ ba.
+ Mười điểm cho khối đỉnh chóp khi đặt vào đúng vị trí.
+ Tổng điểm tối đa cho giai đoạn này là 22 điểm.
+ Nếu không đội nào đặt được khối quà đỉnh trong thời gian quy định thì
s
ẽ tính điểm cho những cấu kiện đã hoàn thành đúng vị trí.
- 9 -
1.3.3. Quy định đối với Robot bằng tay khi thiết kế chế tạo
- Robot bằng tay phải được điều khiển bằng tay. Người điều khiển không
được cưỡi l

ên Robot, có thể dùng điều khiển từ xa, sóng hồng ngoại hoặc sóng âm,
sóng radio là không được phép.
- Robot phải được nối với người điều bằng dây cáp, độ dài tồi thiểu của dây
là 1m, tối da là 3m.
- Kho
ảng cách tối thiểu mà cáp nối với Robot phải cách mặt đất ít nhất 1m.
- Kích thước giới hạn của Robot trước khi khởi động là 1m(rộng) x 1m (dài)
x 1,5m (cao).
- Sau khi kh
ởi động Robot có thể vươn cánh tay trong không gian có đường
kính 2m nhìn từ trên xuống.
- Khối lượng tổng cộng cho tất cả các con Robot trong một đội không được
vượt
quá 50kg.
-
Điện áp cho phép khi Robot hoạt động là không được vượt quá 24VDC.
1.4. CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA ROBOT
 Sơ đồ tổng quát của một Robot nói chung:
Hình 1.9: Sơ đồ chung của một Robot
 Sơ đồ tổng quát của một con Robot điều khiển bằng tay: Robot bằng tay thông
thường gồm có:
- Tay cầm điều khiển và cáp nối.
- M
ạch điều khiển.
Nút nhấn
Bộ điều khiển
trung tâm
Khối
truyền động
Cơ cấu

ch
ấp
hành
Công tắc
hành trình
Encorder
Cảm biến
dò đường
Cảm biến
khác
- 10 -
- Công tắc hành trình.
-
Động cơ điện một chiều.
- Bộ phận truyền động: Bộ truyền động xích, đai…
-
Thân chính: khung robot, cơ cấu nâng hạ trụ.
- Cơ cấu lấy và xếp quà.
-
Năng lượng (nguồn Pin).


Hình 1.10 : Sơ đồ tổng quát của Robot điều khiển bằng tay
1.4.1. Hệ thống nút nhấn điều khiển
Ta sử dụng hệ thống nút nhấn được tích hợp trên tay cầm Playstation 2 của
hãng Sony:
Hình 1.11: Hình dạng bên ngoài của tay cầm Sony Playstation 2
Bên trong tay cầm Sony Playstation 2 có tích hợp một Vi điều khiển, các tín
hi
ệu của các phím được mã hóa thành dữ liệu Digital. Để sử dụng được tay cầm này

thì ta c
ần kết nối nó với một Vi điều khiển khác có trên con Robot và lập trình để
đọc các m
ã từ tay cầm này gửi về.
- Tín hiệu điều khiển trong tay cầm Sony Playstation 2 đều được truyền theo
dạng 8 bit nối tiếp.
Nút nhấn
điều khiển
Bộ điều khiển
trung tâm
Khối
truyền động
Cơ cấu
chấp hành
Công tắc hành trình
- 11 -
Hình 1.12: Sơ đồ đấu nối dây của tay cầm Sony Playstation 2
Tay cầm Sony Playstation 2 có chín đầu ra theo thứ tự từ trái qua phải như
hình 1.12.
- Chân s
ố 1: DATA.
- Chân số 2: COMAND.
- Chân số 3: N/C
- Chân số 4: GND.
- Chân số 5: 5V.
- Chân số 6: ATT.
- Chân số 7: CLOCK.
- Chân số 8: N/C.
- Chân số 9: ACK.
Bảng 2: Số chân có ở đầu ra của tay cầm Sony Playstation 2

- 12 -
Hình 1.13: Đọc một byte từ tay cầm Sony Playstation 2
Hình 1.14: Đọc một Frame từ tay cầm Sony Playstation 2
- 13 -
1.4.2. Bộ điều khiển trung tâm
Trong một con Robot bất kỳ thì bộ phận đóng vai trò quan trọng nhất là bộ
điều khiển trung tâm. Đây chính l
à phần tạo nên “linh hồn” của một con Robot. Bộ
điều khiển trung tâm thực chất l
à một Board mạch sử dụng Vi điều khiển và những
linh kiện điện tử khác để lập trình điều khiển Robot theo ý muốn của mình.
a. Giới thiệu về Vi điều khiển AVR
AVR là họ vi điều khiển 8 bit 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 bit 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.
 Những tính năng chính của Vi điều khiển AVR
Hình 1.15: Một số Vi điều khiển họ AVR
- Bộ nhớ chương trình Flash dung lượng lớn có thể lập trình nhiều lần.
- Bộ nhớ Ram tĩnh (SRAM) có dung lượng lớn.
- 14 -
- Có thể sử dụng xung CLOCK lên đến 16MHz, hoặc sử dụng xung Clock
n
ội lên đến 8MHz.
- Có nhiều cổng vào ra (I/O).
- Có các b
ộ Timer/Counter 8 bit, 16 bit có tích hợp PWM.

- Có các b
ộ chuyển đổi Analog – Digital độ phân giải 8 bit, 10 bit và có
nhi
ều kênh chuyển đổi.
- Có giao thức nối tiếp USART.
- Có giao thức nối tiếp I2C.
- Có giao thức nối tiếp SPI.
 Cấu trúc bộ nhớ của AVR
AVR có cấu trúc Harvard, trong đó đường truyền cho bộ nhớ dữ liệu (Data
memory bus) và đường truyền cho bộ nhớ chương trình (Program memory bus)
được tách riêng. Data memory bus chỉ có 8 bit và được kết nối với hầu hết các thiết
bị ngoại vi, với tệp thanh ghi (Register file). Trong khi đó đường truyền cho bộ nhớ
chương tr
ình có độ rộng 16 bits và chỉ phục vụ cho thanh ghi lệnh (Instruction
registers).
Hình 1.16: Cấu trúc bộ nhớ của AVR
- Bộ nhớ chương trình (Program memory): Là bộ nhớ Flash lập trình được,
hay còn gọi là Application section. Thực chất, Application section bao gồm 2 phần:
phần chứa các mã lệnh cho hoạt động của Chip (Instruction) và phần chứa các
- 15 -
Vector ngắt (Interrupt vectors). Các Vector ngắt nằm ở phần đầu của Application
section (t
ừ địa chỉ 0x0000) và dài đến bao nhiêu tùy thuộc vào loại Chip. Phần chứa
Instruction nằm liền sau đó, chương trình viết cho Chip phải được nạp vào phần
này.
- Bộ nhớ dữ liệu (Data memory): Chứa các thanh ghi quan trọng nhất của
Chip, việc lập trình cho Chip phần lớn là truy cập bộ nhớ này. Bộ nhớ dữ liệu trên
các Chip AVR có
độ lớn khác nhau tùy theo mỗi Chip, tuy nhiên về cơ bản phần bộ
nhớ này được chia thành 5 phần:

Hình 1.17: Thanh ghi 8 bit
+ Phần 1: Là phần đầu tiên trong bộ nhớ dữ liệu, phần này bao gồm 32 thanh
ghi có tên gọi là Register file, hay đơn giản là các thanh ghi. Tất cả các thanh ghi
này đều l
à các thanh ghi 8 bits như trong hình 1.17.
Hình 1.18: Register file
Tất cả các Chip trong họ AVR đều bao gồm 32 thanh ghi Register file có địa
chỉ tuyệt đối từ 0x0000 đến 0x001F. Mỗi thanh ghi có thể chứa giá trị dương từ 0
đến 255 hoặc các giá trị có dấu từ
-128 đến 127 hoặc mã ASCII của một ký tự nào
đó. Các thanh ghi này được đặt tên theo thứ tự là R0 đến R31. Chúng được chia
thành 2 phần, phần 1 bao gồm các thanh ghi từ R0 đến R15 và phần 2 là các thanh
ghi R16 đến R31.
- 16 -
Tất cả 32 thanh ghi Register file đều có đặc điểm chung sau: Được truy cập
trực tiếp trong các lệnh. Các toán tử, phép toán thực hiện trên các thanh ghi này chỉ
cần 1 chu kỳ xung Clock. Register file được kết nối trực tiếp với bộ xử lí trung tâm
(CPU) của Chip. Và chúng là nguồn chứa các số hạng trong các phép toán và cũng
là đích chứa kết quả trả lại của phép toán.
Tóm lại 32 thanh ghi Register file của AVR được xem là một phần của CPU,
vì thế chúng được CPU sử dụng trực tiếp và nhanh chóng, để gọi các thanh ghi này,
chúng ta không c
ần gọi địa chỉ mà chỉ cần gọi trực tiếp tên của chúng. Register file
thường được sử dụng như các toán hạng của các phép toán trong lúc lập trình.
+ Ph
ần 3: RAM tĩnh, nội (Internal SRAM), là vùng không gian cho chứa các
biến (tạm thời hoặc toàn cục) trong lúc thực thi chương trình, vùng này tương tự các
thanh RAM trong máy tính nhưng có dung lượng khá nhỏ (khoảng v
ài KB, tùy
thu

ộc vào loại Chip).
+ Ph
ần 4: RAM ngoại (External SRAM), các Chip AVR cho phép người sử
dụng gắn thêm các bộ nhớ ngoài để chứa biến, vùng này thực chất chỉ tồn tại khi
nào người sử
dụng gắn thêm bộ nhớ ngoài vào Chip.
+ Ph
ần 5: EEPROM (Electrically ereasable programmable ROM) là một
phần quan trọng của các Chip AVR mới, vì là ROM nên bộ nhớ này không bị xóa
ngay cả khi không cung cấp nguồn nuôi cho Chip, rất thích hợp cho các ứng dụng
lưu trữ dữ liệu. Như trong h
ình 1.16 phần bộ nhớ EEPROM được tách riêng và có
địa chỉ tính từ 0x0000.
 Cách thức hoạt động của Vi điều khiển AVR
Hình 1.19 biểu diễn cấu trúc bên trong của một AVR. Ta thấy rằng 32 thanh
ghi Register file
được nối trực tiếp với ALU bằng 2 line. Vì thế mà ALU có thể truy
suất trực tiếp tới 2 thanh ghi Register file trong cùng một chu kỳ xung Clock.
Các lệnh được chứa trong bộ nhớ chương trình Flash memory dưới dạng các
thanh ghi 16 bit. Bộ nhớ chương trình được truy cập trong mỗi chu kỳ xung Clock
và mỗi lệnh chứa trong bộ nhớ chương trình được đưa vào trong thanh ghi lệnh
Instruction register.