Thiết kế, chế tạo robot điều khiển thông qua mạng Internet

LỜI CẢM ƠN
Qua quá trình thực hiện đề tài “ Thiết kế, chế tạo robot điều khiển thông qua
mạng Internet ” từ giữa năm 2012 đến tháng 5 năm 2013. Chúng em xin gửi lời cảm
ơn đến thầy Nguyễn Tiến Dũng cùng các thầy cô trong khoa ĐIỆN – ĐIỆN TỬ đã tận
tình giúp đỡ chúng em vượt qua những khó khăn để có thể hoàn thành đề tài một cách
tốt nhất.
Chúng em xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo và các thầy cô trong khoa đã tạo
điều kiện học tập, cơ sở vật chất để chúng em có thêm thời gian tập trung vào đề tài
này. Đồ án này được chúng em phát triển dựa trên các kết quả của cả tập thể đội
SUNWARD khi tham gia cuộc thi “Sáng tạo Robot Việt Nam 2013”.
Trong quá trình làm đồ án, chúng em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức
còn hạn chế và thời gian không cho phép nên không thể tránh khỏi những thiếu sót.
Chúng em rất mong nhận được sự phê bình, nhận xét của thầy cô và các bạn.
Qua đây chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các bạn trong đội Robocon
SUNWARD đã làm việc tích cực và giúp đỡ để chúng em hoàn thành đồ án này.
Hưng Yên, ngày… tháng năm 2013
Nhóm sinh viên thực hiện
1
LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời đại ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của nền khoa học công
nghệ, thì mức độ sử dụng máy móc, thiết bị cũng ngày càng cao. Con người không
những cần máy móc trong ngành sản xuất công nghiệp mà còn có nhu cầu sử dụng
máy móc trong rất nhiều lĩnh vực khác như: quân sự - quốc phòng, nghiên cứu, khám
phá và phục vụ đời sống sinh hoạt thường ngày… Và sự ra đời của robot là một điều
tất yếu, nó thoả mãn tất cả những nhu cầu của con người, cũng là minh chứng điển
hình cho một xã hội công nghiệp, hiện đại.
Nắm bắt được nhu cầu đó, hiện nay có rất nhiều các cuộc thi sáng tạo robot
được phát động, nhằm thúc đẩy sự say mê và nghiên cứu khoa học của các bạn sinh
viên.
Tiếp bước truyền thống của các thế hệ sinh viên đàn anh đi trước, chúng em
đăng ký thực hiện đề tài “Thiết kế, chế tạo robot điều khiển qua mạng Internet” dưới

sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Tiến Dũng
Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu dưới sự chỉ đạo của giáo viên hướng
dẫn, hiện nay đề tài tốt nghiệp của chúng em đã hoàn thành.Song với kiến thức còn
nhiều hạn chế nên chúng em rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn để đề
tài của chúng em được hoàn thiện hơn.
Hưng Yên, ngày… tháng năm 2013
Nhóm sinh viên thực hiện


2
BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 1
Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot điều khiển thông qua mạng Internet”.
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 1:















Hưng Yên, ngày… tháng… năm 2013
Giáo viên hướng dẫn 1

3
BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 2
Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot điều khiển thông qua mạng Internet.
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 2:
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Hưng Yên, ngày… tháng… năm 2013
Giáo viên hướng dẫn 2
BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
4
Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot điều khiển thông qua mạng Internet.
Nhận xét của giáo viên phản biện:
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Hưng Yên, ngày… tháng… năm 2013
Giáo viên phản biện
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
5
MỤC LỤC
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ LÝ THUYẾT CHUNG 8
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT 11
6
CHƯƠNG III: KẾT LUẬN 39
3.1 Đánh giá kết quả 39
3.2 Hướng phát triển của đề tài 40
7
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ LÝ THUYẾT CHUNG
1.1 Tổng quan về robot
Trong thời đại ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của nền khoa học công nghệ thì
mức độ sử dụng máy móc, thiết bị cũng ngày càng cao. Con người không những cần
máy móc trong ngành sản xuất công nghiệp mà còn có nhu cầu sử dụng máy móc
trong rất nhiều lĩnh vực khác như: Quân sự - quốc phòng, nghiên cứu, khám phá và
phục vụ đời sống sinh hoạt thường ngày… Sự ra đời của Robot là một điều tất yếu, nó
là câu trả lời thoả mãn tất cả những nhu cầu của con người, cũng là minh chứng điển

hình cho một xã hội công nghiệp, hiện đại. Robot ngày nay đã có mặt ở khắp nơi,
chúng ta cùng điểm qua những con Robot mà cả thế giới biết đến:
 Bác sĩ ngoại khoa
Hình 1.1: Robot y tế
Chúng ta hãy tưởng tượng những cánh tay kim loại với những khớp nối chằng chịt
mổ xẻ trên một cơ thể bằng xương bằng thịt. Với nhiều người đó là một cơn ác mộng.
Trên thực tế việc sử dụng người máy thay các bác sĩ phẫu thuật lại đảm bảo độ chính
xác và tỷ lệ thành công cao hơn cho ca mổ. Sự chính xác này cùng với việc giảm thiểu
các thiết bị y khoa giúp đường mổ sắc và gọn hơn đồng thời giúp bệnh nhân đỡ mất
nhiều máu. Ca mổ vẫn sẽ được một bác sĩ phẫu thuật theo dõi trực tiếp thông qua một
8
camera nối với một cánh tay Robot, 2 cánh tay Robot còn lại thực hiện những thao tác
thành thạo của một bác sĩ thực thụ. Người máy này xứng đáng là niềm tự hào của các
nhà khoa học Mỹ.
 Asimo, Robot có hình dáng giống người nhất
Asimo lần đầu tiên ra đời năm 1993 tại Nhật, đặt tên P1, là thành quả nghiên cứu
của tập đoàn Honda. Asimo P1 đã khiến các nước phương Tây kinh ngạc vì ý tưởng
chế tạo một loại Robot giống hệt con người. Tuy vậy mục đích ban đầu của Honda chỉ
là nghiên cứu một người máy phục vụ các nhu cầu của chúng ta. Ngày nay, cả 2 ý
tưởng này, Robot giống người và đáp ứng nhu cầu của con người đã trở thành tiêu chí
chung trong nghiên cứu Asimo. Đó là những gì chúng ta được chứng kiến về sự phát
triển của thế giới.

Hình 1.2: Robot Asimo
1.2 Xây dựng ý tưởng và giải pháp thiết kế Robot
1.2.1 Phân tích đề tài và xây dựng ý tưởng
9
Qua quá trình tìm hiểu và phân tích đề tài chúng em đã họp bàn và thống nhất đưa
ra ý tưởng cho Robot như sau :
- Robot hoạt động theo chế độ của người điều khiển thông qua mạng Internet, yêu cầu

cần hoạt động chính xác và ổn định. Nhóm đã lên ý tưởng dùng động cơ chạy bánh có
giảm tốc, tốc độ cao, hãm tốt. Các vật liệu chế tạo Robot cần đảm bảo độ vững chắc
cho Robot, vì vậy chúng em quyết định dùng Inox để dựng khung.
- Mạch điện của Robot tự động yêu cầu có cảm biến để định vị sản phẩm nên chúng
em đã dùng giải pháp sử dụng các cảm biến quang. Thiết kế mạch theo kiểu modul dễ
dàng thay thế
- Sự ổn định được đặt lên hàng đầu nên nhóm em đã lên ý tưởng dùng phương pháp
lập trình sử dụng các chương trình con trong đó sử dụng thuật toán sửa nhiễu tín hiệu.
1.2.2 Giải pháp thiết kế Robot
Sau khi lên ý tưởng cho các Robot, chúng em nhận thấy Robot có rất nhiều phương
án thiết kế. Chúng em đã chọn lựa và đưa ra giải pháp thiết kế cho Robot như sau:
(Thiếu ý tưởng cơ khí)
- Yêu cầu của Robot cần phải đi thẳng và không bị trượt bánh nên nhóm em dùng
bánh sau là bánh nhôm có dán lốp xe vì nó rất nhẹ và bề mặt tiếp xúc tương đối lớn vì
thế làm tăng ma sát so với nền sân. Bánh trước sử dụng bánh Omini sắt loại nhỏ để
dẫn hướng đi thẳng cho Robot.
- Mạch điện cho Robot sử dụng các linh kiện phù hợp và thông dụng trên thị trường.
Thiết kế mạch dễ dàng thay thế và sửa chữa khi bị sai hỏng.
- Lập trình cho Robot sẽ sử dụng ngôn ngữ lập trình bậc cao là C và quản lý chương
trình bằng các hàm con.
10
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT
2.1 Thiết kế và thi công cơ khí
 Yêu cầu chung của cơ khí
Robot gắp sản phẩm là robot được thiết kế và có khả năng hoạt động theo chế
độ của người điều khiển dưới sự lập trình sẵn. Để cho Robot dễ dàng hoạt động,
cũng như dễ điều khiển thì các cơ cấu cơ khí phải chắc chắn, nhỏ gọn, linh hoạt.
Đây cũng là những yêu cầu được đặt lên hàng đầu khi thiết kế và chế tạo Robot.
(Bản vẽ cơ khí con robot)
Hình 2.1: Robot gắp sản phẩm hoàn chỉnh.

2.1.1 Giới thiệu nguồn dẫn động sử dụng trong robot
Nguồn dẫn động có vai trò quan trọng trong việc tạo ra các truyền động của kết cấu
cơ khí của robot, vì vậy việc lựa chọn nguồn dẫn động đảm bảo yêu cầu kỹ thuật là rất
quan trọng.
Có rất nhiều loại nguồn dẫn động được sử dụng trong robot như : Truyền động thủy
lực, truyền động khí nén, truyền động điện cơ…
- Truyền động thủy lực được dùng phổ biến trong các hệ thống làm việc với tải trọng
lớn, nó có chi phí lắp đặt cao, nguồn dẫn không phổ biến, kích thước lớn …
- Truyền động khí nén được dùng phổ biến trong công nghiệp, giá thành không cao ,
khí thải không gây ô nhiễm môi trường, phù hợp dạng Modul , cơ cấu tác động nhanh
có thể dừng mà không hư hỏng, nguồn cung cấp phổ biến ….
- Truyền động điện cơ tác động nhanh và chính xác, giá thành không cao, momen
quay lớn, đáp ứng nhanh, nguồn cung cấp phổ biến …
Qua các phân tích trên, chúng em nhận thấy sử dụng nguồn dẫn động điện cơ và
khí nén sẽ phù hợp. Vì vậy, chúng em lựa chọn sử dụng nguồn điện cung cấp là ắc quy
12VDC, sử dụng động cơ điện 1 chiều 24VDC. Đồng thời sử dụng hệ thống van và
xilanh khí nén. Bình cấp khí được chế tạo từ các vỏ chai nước ngọt.
a. Giới thiệu về động cơ điện một chiều
 Lý thuyết về động cơ một chiều
Động cơ điện đóng vai trò rất quan trọng nó giống như cơ bắp của con người vậy,
là nguồn gốc của mọi chuyển động trên robot. Động cơ sử dụng trong robot thường là
động cơ DC làm việc ở điện áp 12VDC hoặc 24VDC.
11
Cấu tạo của động cơ DC gồm có 2 phần: stato đứng yên và rôto quay so với stato.
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 rôto, làm cho rôto 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 rôto 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).
Stato của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay
nam châm điện, rôto có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều, 1
phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ
là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rôto là liên tục. Thông thường
bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.
Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ sẽ
hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm ứng
Electromotive force (EMF). Khi vận hành bình thường, rôto khi quay sẽ phát ra một
điện áp gọi là sức phản điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện động đối
kháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ. Sức điện động này
tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phát điện
(như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ và kéo trục động cơ bằng một
ngẫu lực bên ngoài). Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm 2 thành phần: Sức
phản điện động, và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng.
Dòng điện chạy qua động cơ được tính theo biều thức:
I = (V
Nguon
− V
PhanDienDong
) / R
PhanUng
Công suất cơ mà động cơ đưa ra được, được tính bằng:
P = I * (V
PhanDienDong
)
Nguyên tắc hoạt độngcủa động cơ điện một chiều:

12
Hình 2.2: Nguyên tắc hoạt động của động cơ một chiều
Hình 2.3: Một số động cơ được dùng trong Robot
 Kinh nghiệm chọn động cơ
Việc lựa chọn động cơ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng động cơ được chọn trong
robot thường có yêu cầu chung sau:
- Tốc độ lớn
- Khả năng chịu tải cao
- Khả năng hãm tốt, thường sử dụng loại động cơ có hộp giảm tốc
- Dòng, áp phù hợp với nguồn cung cấp
- Đối với động cơ dùng cho cơ cấu chuyển động (phần đế của robot) yêu cầu
đặt ra là phải có tốc độ nhanh, và có độ hãm tốt.
 Điều khiển chiều quay động cơ
Phương pháp đảo chiều động cơ điện DC 24V được sử dụng trong robot là đảo
chiều điện áp cung cấp cho động cơ. Có nhiều cách để đảo chiều quay động cơ như sử
dụng mạch cầu H, dùng rơle… Qua quá trình phân tích và từ kinh nghiệm, chúng em
quyết định sử dụng rơle để đảo chiều động cơ.
Quá trình đảo chiều theo trình tự sau: Giả sử ban đầu động cơ đang quay theo chiều
thuận, khi ta cấp tín hiệu cấp điện cho cuộn hút rơle thì các tiếp điểm sẽ chuyển trạng
thái, ta lợi dụng đặc điểm này để làm thay đổi chiều điện áp cấp cho động cơ, từ đó sẽ
thay đổi được chiều quay của nó.
 Điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều
Có rất nhiều phương pháp thay đổi tốc độ động cơ điện 1 chiều như: thay đổi điện
trở phần ứng, thay đổi từ thông, thay đổi điện áp phần ứng…Nhưng phương pháp hay
13
được dùng nhiều nhất trong robot đó là thay đổi điện áp phần ứng sử dụng phương
pháp PWM ( băm xung điện áp ).
Hình 2.4: Phương pháp PWM
Điều khiển độ rộng của xung được làm bằng cách tắt bật nhanh nguồn điện đặt
lên động cơ. Nguồn áp 1 chiều DC sẽ chuyển thành tín hiệu xung vuông, thay đổi từ

24V xuống 0V, bản chất của phương pháp này là thay đổi điện áp trung bình đặt
vào động cơ.
Bằng cách thay đổi chu kỳ hoạt động của tín hiệu (thay đổi độ rộng xung –
PWM), tức là khoảng thời gian “Bật” t
on
, điện áp trung bình đặt lên động cơ sẽ thay
đổi và dẫn đến thay đổi tốc độ.
Với phương pháp này chúng ta có thể sử dụng các chíp có tích hợp sẵn tính năng
PWM.
b. Giới thiệu về hệ thống khí nén
Bên cạnh động cơ điện thì xilanh khí nén cũng là nguồn dẫn động rất tốt, chúng
được dùng phổ biến trong công nghiệp như trong các tay kẹp hay trong các cơ cấu gắp
sản phẩm của các dây chuyền sản xuất. Ứng dụng của hệ thống khí nén rất phổ biến,
sau đây sẽ nói rõ hơn về hệ thống khí nén sử dụng trong Robot
 Cấu trúc của hệ thống khí nén
Hệ thống khí nén bao gồm các khối thiết bị:
- Trạm nguồn gồm: máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an toàn, các thiết bị xử lý
khí nén (lọc bụi, hơi nước, sấy khô)
- Khối điều khiển gồm: các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển, các phần tử điều khiển
đảo chiều cơ cấu chấp hành.( van 5/2, van 3/2… )
- Khối thiết bị chấp hành: Xilanh, động cơ khí nén, giác hút
14
Dựa vào dạng năng nượng của tín hiệu điều khiển người ta chia ra hai dạng hệ thống
khí nén: Hệ thống điều khiển hoàn toàn bằng khí nén và hệ thống điều khiển Điện –
Khí nén.
Hình 2.5: Cấu trúc hệ thống điều khiển bằng khí né
15
Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động khí nén
+Ưu điểm:
- Tác động nhanh và linh hoạt.

- Do khả năng chịu nén của không khí, cho nên có thể tích chứa khí nén một cách
thuận lợi.
- Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và
tổn thất áp suất trên đường dẫn ít.
- Đường dẫn khí nén ra (thải ra) không cần thiết (ra ngoài không khí).
- Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn
trong các xí nghiệp hệ thống đường dẫn khí nén đã có sẵn.
- Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo.
+Nhược điểm :
- Lực truyền tải trọng thấp.
- Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi, bởi vì khả
năng đần hồi của khí nén lớn, cho nên không thể thực hiện những chuyển động thẳng
hoặc quay đều.
Hiện nay, trong lĩnh vực điều khiển, người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển
bằng khí nén với cơ, hoặc với điện, điện tử.
Van và xilanh khí nén dùng trong robot
16
Hình 2.6: Hình ảnh thực tế của van khí nén
Hình 2.7: Hình ảnh thực tế của xilanh khí nén
Sau khi phân tích, chúng em đưa ra giải pháp lựa chọn van và xilanh khí nén sử
dụng cho Robot như sau:
- Khối lượng và kích thước: phải nhỏ gọn.
- Đáp ứng nhanh, dứt khoát.
- Nguồn khí cung cấp cho van và xilanh có áp suất nằm trong khoảng 3-6bar, thuận
tiện cho việc chế bình khí và đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.
- Điều khiển van đơn giản: sử dụng van điều khiển bằng điện-khí nén.
- Đối với xilanh được dùng để gắp sản phẩm chúng em chọn loại hành trình ra
100mm, áp suất max 8bar.
- Để cho thuận tiện cho việc điều khiển xilanh ta chọn van điện 5/2 tác động 2 phía
17

2.1.2 Phân tích các cơ cấu của Robot
Cấu tạo chung của Robot gắp sản phẩm gồm ba phần chính: Đế robot, thân
robot, các cơ cấu gắp sản phẩm.
Hình ảnh của mình
Hình 2.12: Đế và cơ cấu của robot gắp sản phẩm.
Để thiết kế cơ cấu tay gắp cho robot tự động gắp sản phẩm chúng em thiết kế
cơ cấu như hình vẽ sau:
Hình của mình
Hình 2.13: Cơ cấu tay gắp sản phẩm của robot.
a. Đế robot
Đế robot có vai trò quan trọng trong việc chuyển động của robot, đế có vững
chắc sẽ giúp cho robot chuyển động linh hoạt hơn. Ngoài ra đế còn để gá đặt thân
và một số các thiết bị như: Ắc quy, mạch điện tử
b. Thân robot
Được gắn trực tiếp với đế, là nơi gá đặt các cơ cấu như: Nâng hạ, hệ thống tay
gắp sản phẩm
c. Cơ cấu gắp sản phẩm
Là cơ cấu thực hiện nhiệm vụ chính của robot là gắp sản phẩm. Vì thế mà cơ
cấu này phải được thiết kế một cách tối ưu nhất và thỏa mãn các yêu cầu như:
Bền, làm việc ổn định, linh hoạt
2.1.3 Chọn vật liệu chế tạo Robot
Vật liệu rất quan trọng trong chế tạo robot, nó không những liên quan đến các
cơ cấu (phải đảm bảo đủ bền), dễ tìm kiếm trên thị trường mà còn phù hợp với
giá thành của sinh viên khi thực hiện đồ án.
18
Để thỏa mãn các yêu cầu trên thì chúng em chọn vât liệu là Inox. Ưu điểm của
Inox là: Inox có khả năng chống ăn mòn và bền vững do lớp ôxít bảo vệ, không nhiễm
từ và không cháy khi để ở ngoài không khí ở điều kiện thông thường. Ngoài ra nó còn
có tính thẩm mỹ cao do độ sáng bóng của Inox và dễ gia công cơ khí.
2.1.4 Chế tạo Robot gắp sản phẩm

Chuyển động của robot đều dựa vào sự điều khiển của việc lập trình sẵn. Phần
truyền chuyển động sử dụng 2 động cơ được gắn bánh xe và được gá cố định phía
sau. Robot di chuyển bằng cách thay đổi tốc độ và chiều chuyển động của 2 động
cơ; 2 bánh xe phía trước là bánh xe omni đa hướng.
a. Chế tạo đế robot
Như trên ta đã phân tích tầm quan trọng của đế robot cũng như việc lựa chọn
vật liệu để chế tạo đế. Vật liệu để chế tạo chính là Inox.
Hình 2.14: Cấu tạo của một khung đế đơn giản
 Lựa chọn bánh trước cho robot:
Bánh xe phía trước của robot ta lựa chọn bánh xe omni vì so với bánh xe tự
lựa bánh xe omni giúp robot di chuyển một cách ổn định hơn, linh hoạt hơn, mặc
dù bánh omni sẽ làm cho cả phần khung robot bi rung động do kết cấu đặc biệt
của bánh nhưng điều này không tác động đáng kể đến quá trình hoạt động của
robot. Bên cạnh đó nếu ta sử dụng bánh xe tự lựa sẽ làm cho robot bị chuội và có
xu hướng bị trượt ra khỏi mặt nghiêng khi các robot di chuyển trên mặt phẳng bị
nghiêng, điều này gây khó khăn cho việc tự điều chỉnh lại cân bằng của robot.
Trong trường hợp này chúng ta sẽ sử dụng bánh omni như hình vẽ dưới
đây. Đây là loại bánh có bán sẵn trên thị trường, được rất nhiều đội robocon
trong và ngoài nước sử dụng mang lại hiểu quả rất tốt.
19
Hình 2.15: Bánh omni dùng trong robot.
Bánh omni có đặc điểm khác biệt với các loại bánh khác là khi đứng yên hoặc
khi chuyển động theo các hướng khác nhau bánh chỉ luôn tiếp xúc điểm với mặt
sàn. Nếu robot đi lên phía trước hoặc lùi lại thì bánh sẽ quay quanh trục quay
chính của bánh, khi robot thực hiện rẽ sang ngang thì bánh sẽ thực hiện đồng
thời 2 chuyển động: Chuyển động 1 là bánh sẽ quay quanh trục quay lớn, chuyển
động 2 là các bánh hành tinh sẽ tự quay quanh trục riêng của mình. Điều này tạo
tạo cho robot có chuyển động mau lẹ, linh hoạt, dễ thực hiện các chuyển động
phức tạp có độ cua ngoặt cao.
b. Chế tạo thân robot và cơ cấu nâng hạ

Thân robot vừa có nhiệm vụ đỡ các cơ cấu gắp sản phẩm. Vật liệu sử dụng vẫn là
Inox, với nhiệm vụ như vậy thì kích thước của thân phải gọn gàng, giúp cho Robot di
chuyển linh hoạt.
Hình của mình
Hình 2.16: Thân robot
.
c. Chế tạo cơ cấu gắp sản phẩm
Với phương án đi lấy sản phẩm linh hoạt và ổn định thì chúng em sử dụng cơ
cấu tay kẹp dùng 1 xilanh trên một cơ cấu kẹp. Cơ cấu này có ưu điểm là đỡ tốn
kém hơn so với việc sử dụng 2 xilanh mà việc kẹp sản phẩm vẫn được chặt, khi
20

tay kẹp bị lệch so với sản phẩm vẫn kẹp được điều này làm tăng tính ổn định cho
Robot.
Hình 2.18: Hình dạng cơ cấu tay gắp
 . Cơ cấu kẹp sản phẩm
Vật liệu dùng cho cơ cấu này là Inox. Cơ cấu này chúng em sử dụng cơ cấu
kẹp chặt nhờ lực của xilanh, thông số của xilanh cũng như của van cần dùng
được tính thông qua khối lượng của cấu kiện (sản phẩm). Vì thế chúng em chỉ
tính chọn xilanh, van cho cơ cấu kẹp sản phẩm mà suy ra xilanh. Dựa vào đặc
điểm của sản phẩm nên chúng em kẹp chặt vào phần hình trụ thân sản phẩm.
Chúng em sử dụng tay kẹp (như hình vẽ) :
Hình của mình
Hình 2.19: Tay kẹp sản phẩm
Do khối lượng của sản phẩm là tương đối nhỏ (300g) vì vậy ta có thể chọn
xilanh bất kì. Tuy nhiên để giảm khối lượng và kích thước của robot ta chọn loại
xilanh có áp suất max là 8bar
2.2 Thiết kế và thi công mạch
2.1 Phân tích và xây dựng mạch điện tổng quát cho robot
a.Yêu cầu chung của mạch

Mạch điện sử dụng cho robot phải đảm bảo được các yêu cầu sau:
- Đảm bảo cung cấp đủ công suất cho phần động lực.
- Hoạt động chính xác, ổn định.
- Có tính linh hoạt cao.
Để thiết kế được mạch cho robot chúng ta phải căn cứ vào những đặc điểm, yêu cầu
kỹ thuật của robot từ đó đưa ra phương án thiết kế và lựa chọn các phần tử cho mạch.
Chúng ta sẽ lựa chọn được phương án thiết kế mạch phụ thuộc vào số lượng động cơ,
số lượng van khí nén, các cảm biến từ đó bố trí các cổng vào ra của vi điều khiển
cho phù hợp với các yêu cầu đặt ra và tất nhiên là có cả các phương án dự phòng cho
các ứng dụng phát sinh khi cần
21
b.Thiết kế mạch điện tổng quát cho Robot


Hình 2.21: Sơ đồ khối cấu trúc của mạch Robot
Mỗi khối có một chức năng khác nhau và được liên kết với nhau thành một mạch hoàn
thiện.
c. Phân tích và lựa chọn linh kiện
+ Bộ điều khiển: Trong robot có rất nhiều bộ điều khiển khác nhau như PLC, vi điều
khiển, các bộ điều khiển PID…
Bộ điều khiển PLC và PID có giá thành cao, vi điều khiển có giá thành thấp hơn
nhiều, dễ sử dụng… Vì thế chúng em đã lựa chọn sử dụng vi điều khiển.
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều dòng vi điều khiển khác nhau như: 89C51,
AVR, PIC … Qua sự tìm hiểu và nghiên cứu chúng em nhận thấy PIC có nhiều ưu
điểm như: đang được sử dụng phổ biến tại Việt Nam, dễ lập trình, có khả năng chống
nhiễu tốt. Vì vậy chúng em quyết định dụng vi điều khiển PIC. Vi điều khiển PIC cũng
có rất nhiều loại: PIC16F877, PIC16F84, PIC16F828, PIC18F4x31… Dòng PIC phổ
biến là dòng PIC18F4431 (đủ mạnh về tính năng, 40 chân, bộ nhớ đủ cho hầu hết các
ứng dụng thông thường) nên chúng em sử dụng PIC 18F4431 trong đề tài.
+ Cảm biến trong robot: Trong quá trình hoạt động, robot di chuyển không cần phải

theo một quỹ đạo xác định mà di chuyển theo yêu cầu của người điều khiển, vì thế
chúng em chỉ cần sử dụng cảm biến quang để xác định vị trí của sản phẩm.
22
Nguồn
Tín hiệu đầu
vào (cảm biến)
VI
ĐIỀU
KHIỂN
Mạch
công suất

Cách ly
Giao tiếp
Internet
+ Các linh kiện điện tử sử dụng trong đề tài: Với mục đích là điều khiển động cơ điện
một chiều nên chúng em sử dụng các linh kiện điện tử thông dụng, dễ mua và có giá
thành không cao như: Cách ly quang PC817, IC đệm dòng ULN2803, van công suất
IRFZ44, bộ phận đảo chiều động cơ dùng rơle cuộn hút 12VDC….
 Vi điều khiển PIC 18F4431
Đặc điểm của vi điều khiển PIC 18F4431
Dung lượng bộ nhớ lớn hơn: PIC18F4431 có 16 Kbyte Flash nội trú bên trong,
trong khi đó họ 80C51 chỉ có 4Kbyte. Trong bộ nhớ dữ liệu RAM, PIC18F4431 có
vùng RAM mở rộng gồm 768 Byte , 256 byte EPROM
PIC18F4431 có 3 bộ Timer/Counter.
2 module Capture/Compare/PWM (CCP)
9 kênh chuyển đổi ADC 10bit
Đặc biệt PIC18F4431 modul control power PWM (14 bit) từ pwm0 đến Pwm7
sử dụng rất đơn giản và linh hoạt cho việc điều xung (rất thuận tiện cho mạch điều
khiển động cơ sử dụng phương pháp PWM để điều chỉnh tốc độ động cơ).

 Cảm biến quang
Cảm biến quang là một trong những cảm biến công nghiệp hay được sử dụng rất
nhiều trong robot cũng như trong tự động hóa.
Ưu điểm khi sử dụng loại cảm biến này đó là độ chính xác, độ ổn định cao, khoảng
cách phát hiện lớn, sử dụng đơn giản nhưng đắt.
Cảm biến quang trên thị trường có rất nhiều loại phong phú về hình dáng và chủng
loại, thích hợp cho nhiều yêu cầu sử dụng khác nhau.
Loại có đầu ra tín hiệu là điện áp,loại đưa ra tín hiệu đóng cắt tiếp điểm rơle.
Để robot hoạt động một cách ổn định và chính xác nhất thì cảm biến phải nhạy và
chống nhiễu tốt. Chúng em lựa chọn cảm biến quang E3JK-DS30M1 của hãng
OMRON.
Hình dạng thực tế của cảm biến quang E3JK-DS30M1.
23
Hình 2.27: Hình dạng cảm biến quang trên thị trường
Thông số kỹ thuật cơ bản:
- Là loại cảm biến quang khuyếch tán phản xạ.
- Điện áp nguồn nuôi 12 đến 24 VDC.
- Đầu ra tiếp điểm Rơle với dòng điện và điện áp cho phép qua tiếp điểm là 3A,
250VAC.
- Khoảng cách phát hiện 700mm.
- Khả năng chống nhiễu cao.
 IC ổn áp 7805


Hình 2.29: Hình dạng và sơ đồ chân IC 7805
24
Nguyên lý hoạt động:
IC 7805 dùng để cung cấp nguồn cho mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các
loại Vi điều khiển và IC thường hoạt động ở điện áp này). Nếu nguồn điện có sự cố
đột ngột: điện áp tăng cao ( không quá giới hạn cho phép) thì mạch điện vẫn hoạt động

ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện áp ở ngõ ra OUT 5V không đổi ( thông
thường chỉ nên cấp nguồn từ 9V tới 12VDC cho 7805 )
Một số điểm lưu ý khi sử dụng IC 7805:
- Dòng cực đại có thể duy trì 1A.
- Dòng đỉnh 2,2A.
- Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W.
- Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W.
- Ta nên hạn chế áp lối vào 78xx để giảm công suất tiêu tán trên tản nhiệt.
- Thực tế áp lối ra có thể đạt giá trị nào đó trong khoảng 4,9 – 5,1V.
 Cách ly quang PC 817
Đây là một loại thiết bị đại diện cho bộ quang điện tử.
Trong đó:
1: Anode
2:Kathode
3:Emitter
4:Collecte
Hình 2.30: Sơ đồ cấu tạo và hình dạng thực tế của PC 817
Các thông số cơ bản của PC 817
Tham số Ký hiệu Mức Đơn vị
Đầu
vào
Dòng thuận I
F
50 mA
Dòng thuận cực đại I
FM
1 A
Điện áp ngược V
R
6 V

Công suất tiêu tán P 70 mW
Đầu ra Điện áp C-E V
CEO
35 V
Điện áp E-C V
ECO
6 V
Dòng điện cực C I
C
50 mA
Công suất tiêu tán cực
C
P
C
150 mW
Tổng công suất tiêu thụ P
tot
200 mW
Điện áp cách ly V
iso
5 kVrms
 IC đệm dòng ULN2803AN
25