ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
PHẠM THỊ BẠCH TUYẾT
ĐỀ TÀI
NHẬN DẠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY MÁY
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
Thái Nguyên - 2014
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
PHẠM THỊ BẠCH TUYẾT
ĐỀ TÀI
NHẬN DẠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY MÁY
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 60520216
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DÂN KHOA HỌC
Thái Nguyên - 2014
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên là: Phạm thị Bạch Tuyết
Học viên: lớp Cao học khóa 14 - Tự động hóa - Trường Đại học kỹ
thuật công nghiệp - Đại học Thái Nguyên
Công tác tại: Trường Cao đẳng nghề - Yên Bái
Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là
hoàn toàn trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan mọi thông tin trích dẫn trong luận văn đều chỉ rõ
nguồn gốc.
Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình làm luận văn, tôi đã nhận được rất nhiều góp ý về
chuyên môn của cán bộ hướng dẫn, của các nhà khoa học, của các bạn đồng
nghiệp. Tôi xin gửi tới họ lời cảm ơn sâu sắc.
Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn đến Tiến sỹ Nguyễn Hoài Nam đã tâm huyết
hướng dẫn tôi trong suốt thời gian qua.
Tôi xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học, các bạn học viên cùng
nhóm, các tổ chức Khoa, Trung tâm thí nghiệm, Phòng ban của Trường Đại
học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã có những ý kiến đóng góp quý báu
và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận
văn.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn bạn bè, gia đình và đồng nghiệp -
những người đã luôn ủng hộ và động viên tôi nghiên cứu và hoàn thành luận
văn.
Tuy nhiên, do bản thân mới bắt đầu trên con đường nghiên cứu đầy
thách thức, thời gian, kiến thức, kinh nghiệm và tài liệu tham khảo còn hạn
chế nên chắc chắn bản luận văn còn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được sự
góp ý của các thầy cô giáo và đồng nghiệp.
Tôi xin trân trọng cảm ơn!
iii
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các hình vẽ
Danh mục bảng biểu
MỞ ĐẦU
Chương I: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ LẮP RÁP CÁNH TAY MÁY
MỘT BẬC TỰ DO
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁNH TAY MÁY MỘT BẬC TỰ DO
1.2. THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁNH TAY MÁY MỘT BẬC TỰ DO
1.2.1. Hệ thống điều khiển cánh tay máy một bậc tự do
1.2.2. Thiết kế và chế tạo cánh tay máy một bậc tự do
1.3. GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ
1.3.1. Động cơ
1.3.2. Encoder
1.3.3. Hộp giảm tốc
1.3.4. IC L298N
1.3.5. IC SN74HC08N
1.3.6. Card Arduino
1.4. LẮP RÁP CÁNH TAY MÁY MỘT BẬC TỰ DO
Chương II: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC CHO CÁNH TAY MÁY
MỘT BẬC TỰ DO
2.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
2.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC
2.2.1. Mô hình toán học
i
ii
iii
vi
viii
x
1
4
4
4
4
6
6
6
8
9
10
10
11
14
16
16
17
17
iv
2.2.2. Moment quán tính của cánh tay máy
2.2.3. Moment quán tính quy đổi về trục động cơ
2.2.4. Tổng moment quán tính
2.3. NHẬN DẠNG TAY MÁY……………………………
Chương III: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG
3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
3.2. CẤU TRÚC CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ
3.2.1. Sơ đồ khối bộ điều khiển mờ
3.2.1.1. Mờ hoá
3.2.1.2. Khối luật hợp thành
3.2.1.3. Giải mờ
3.2.2. Phân loại bộ điều khiển mờ
3.2.2.1. Bộ điều khiển mờ tĩnh…
3.2.2.2. Bộ điều khiển mờ động…
3.2.3. Các bước tổng hợp bộ điều khiển mờ
3.3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO CÁNH TAY MÁY
3.3.1. Thiết kế bộ điều khiển mờ bằng công cụ Fuzzy trong Matlab
3.3.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ cho đối tượng
3.3.2.1. Thiết kế bộ điều khiển mờ tĩnh cho đối tượng
3.3.2.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ động cho đối tượng
3.3.2.3. So sánh bộ điều khiển mờ tĩnh và động dùng 3 tập mờ
3.3.2.4. So sánh bộ điều khiển mờ tĩnh và động dùng 5 tập mờ
Chương IV: ĐIỀU KHIỂN THỜI GIAN THỰC SỬ DỤNG
MATLAB/SIMULINK VÀ THƯ VIỆN ARDUINO……………………………………
4.1. GIỚI THIỆU THƯ VIỆN ARDUINO TRONG SIMULINK
4.1.1. Khối Arduino IO Setup
4.1.2. Khối Real - Time Pacer
4.1.3. Khối Motor out
18
19
19
20
25
25
25
25
26
26
27
29
30
31
33
34
34
38
39
40
41
43
47
47
47
48
49
v
4.1.4. Khối Encoder Read
4.2. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỜI GIAN THỰC SỬ DỤNG BỘ
MỜ VÀ ARDUINO
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
PHỤ LỤC
Phụ lục 1
Phụ lục 2
Phụ lục 3
TÀI LIỆU THAM KHẢO
52
53
56
57
57
58
59
60
vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DC
Direct Current.
IC
Integrated Circuit.
CNC
Computer Numerical Control
ℓ
Chiều dài
r
Chiều rộng
d
Chiều dày
M
Khối lượng
GND
Ground
Vcc
Voltage colector to colector
PWM
Pulse Width Modulation
θ
Vị trí góc của cánh tay
ω
Vận tốc góc của cánh tay
J
Tổng moment quán tính trên trục động cơ
β
Hệ số ma sát nhớt
k
t
Hệ số mô-men
k
i
Hệ số dòng điện
g
Gia tốc trọng trường
J
m
Moment của cánh tay máy quy đổi về trục của động cơ
u
Điện áp đầu vào
J
tr
Moment quán tính trên trục động cơ
N
Tỷ số truyền của hộp số
T
s
Chu kỳ lấy mẫu
vii
n
Số xung xuất hiện trong một giây.
Ne
Số xung của đĩa Encoder.
v
Tốc độ động cơ.
Ts
Thời gian lấy mẫu.
ns
Số xung Encoder xuất ra trong thời gian Ts.
I/O
Input/Output.
PID
Proportional Integral Derivative
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình vẽ
Tên
Trang
Hình 1.1
Sơ đồ khối mô hình thí nghiệm
5
Hình 1.2
Cánh tay máy
6
Hình 1.3
Động cơ DC + Encodor + Giảm tốc
7
Hình 1.4
Kí hiệu các đầu nối với động cơ
7
Hình 1.5
Hình ảnh Encoder
8
Hình 1.6
Kích thước hộp giảm tốc
9
Hình 1.7
IC L298N.
10
Hình 1.8
IC SN74HC08N
11
Hình 1.9
Arduino UNO
11
Hình 1.10
Bảng mạch điều khiển
14
Hình 1.11
Mô hình cánh tay máy sau khi lắp ráp
15
Hình 2.1
Mô hình cánh tay máy một bậc tự do
17
Hình 2.2
Sơ đồ hệ thống đo góc của cánh tay máy sử dụng
Matlab/Simulink
21
Hình 2.3
Sơ đồ mô phỏng cách tay máy trong Simulink
22
Hình 2.4-a
Vị trí góc thực và ước lượng từ mô hình toán
23
Hình 2.4-b
Sai số
23
Hình 3.1
Cấu trúc bộ điều khiển mờ cơ bản
25
Hình 3.2
Phương pháp giải mờ cực đại
28
Hình 3.3
Phương pháp giải mờ trọng tâm
28
Hình 3.4
Các bộ điều khiển mờ
30
Hình 3.5
Hệ điều khiển mờ động PI
32
Hình 3.6
Hệ điều khiển mờ theo luật PD
32
Hình 3.7
Hệ điều khiển mờ theo luật PID
33
ix
Hình 3.8
Hệ thống điều khiển mờ PID
33
Hình 3.9
Giao diện thiết kế mô hình mờ Mamdani
35
Hình 3.10
Giao diện các tập mờ đầu vào
35
Hình 3.11
Giao diện các tập mờ đầu ra
36
Hình 3.12
Giao diện soạn thảo đầu vào bộ điều khiển mờ
36
Hình 3.13
Giao diện soạn thảo luật mờ
37
Hình 3.14
Đường đặc tinh
37
Hình 3.15
Giao diện mô phỏng quá trình hoạt động của bộ mờ
38
Hình 3.16
Sơ đồ khối bộ điều khiển mờ tĩnh trong Simulink
40
Hình 3.17
Sơ đồ khối bộ điều khiển mờ động trong Simulink
41
Hình 3.18
Tín hiệu đầu ra sử dụng bộ điều khiển mờ tĩnh
41
Hình 3.19
Tín hiệu đầu ra sử dụng bộ điều khiển mờ động
42
Hình 3.20
Tín hiệu đầu ra sử dụng bộ điều khiển mờ tĩnh
44
Hình 3.21
Tín hiệu đầu ra sử dụng bộ điều khiển mờ động
45
Hình 4.1
Khối Arduino IO setup
47
Hình 4.2
Giao diện định nghĩa cho khối Arduino IO setup
48
Hình 4.3
Khối Read – Time Pacer
48
Hình 4.4
Giao diện khối Real-Time Pacer
49
Hình 4.5
Khối Motor – out
49
Hình 4.6
Sơ đồ khối của khối Speer
50
Hình 4.7
Giao diện của khối Analog Write
50
Hình 4.8
Sơ đồ khối Direction
51
Hình 4.9
Giao diện khối Digital Write
51
Hình 4.10
Khối Encoder Read
52
Hình 4.11
Giao diện của khối Encoder Read
52
Hình 4.12
Sơ đồ khối điều khiển thời gian thực
54
Hình 4.13
Vị trí góc thực và giá trị đặt
55
x
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng biểu
Nội dung
Trang
Bảng 3.1
Các thông số của mô hình toán
39
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Hiện nay trong công nghiệp cũng như giáo dục, có rất nhiều mối quan
tâm tới việc nghiên cứu, chế tạo lắp ráp và ứng dụng các loại Robot với
những công việc khác nhau như: lò đúc, xưởng rèn, xưởng hàn… Robot còn
được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nữa như phục vụ cho máy công cụ,
làm khuôn trong công nghiệp đồ nhựa, gắn kính xe hơi, bốc dỡ hàng hóa ra
khỏi băng tải và đặt chúng vào các trạm chuyển trung gian…
Thuật ngữ “tay máy” và Robot trong quan niệm của nhiều nhà chuyên
môn trong lĩnh vực này không có sự khác biệt. Để thuận tiện trong trình bày,
ở đây ta hiểu tay máy là một dạng Robot có cấu tạo mô phỏng theo những đặc
điểm cấu tạo cơ bản của cánh tay người. Cũng có thể hiểu tay máy là tập hợp
các bộ phận và cơ cấu cơ khí được thiết kế để hình thành các khối có chuyển
động tương đối với nhau. Những Robot thực sự có ích được nghiên cứu để
đưa vào những ứng dụng trong công nghiệp lại là những tay máy.
Các nhà sáng chế kỹ thuật dựa trên những cơ cấu máy móc có khả năng
bắt trước con người, đã cho ra đời những cơ cấu Robot thực sự đầu tiên vào
những năm trước đại chiến thế giới thứ hai. Vào thời kỳ đó, những cơ cấu như
vậy có nhu cầu thực sự để ứng dụng trong môi trường phóng xạ ở các cơ quan
nghiên cứu nguyên tử. Lúc đầu Robot được gọi là những cơ cấu điều khiển từ
xa (Teleoperator), cơ cấu này có khả năng cầm nắm, nâng hạ, buông thả, xoay
lật vật thể trong một không gian xác định. Tuy các thao tác tinh vi và khéo léo
nhưng tốc độ thao tác còn chậm.
Vào năm 1950, cùng với sự phát triển của kỹ thuật điều khiển theo
chương trình số, với nền tảng là các cơ cấu điều phối vô cấp (servo), và các hệ
điện toán (computation), đã nghiên cứu và chế tạo một thế hệ máy móc tự
động cao cấp ra đời đó là Robot.
2
Trong thực tế hiện nay các phòng thí nghiệm của trường có một số
cánh tay máy nhiều bậc tự do, nhưng không có mô hình toán học tương ứng
với chúng, vì chúng được thiết kế và chế tạo cách đây nhiều năm và những tài
liệu liên quan hầu như không còn. Việc xây dựng mô hình toán học cho
những đối tượng này là rất khó khăn.
Để phục vụ trong việc nghiên cứu và thí nghiệm ta cần xây dựng mô
hình toán học mô tả tính chất động lực học của nó với đầy đủ những yếu tố
như: kết cấu cơ khí, điện, điện tử và vật liệu là hoàn toàn khả thi.
Từ mô hình toán cụ thể, từ đó có thể phân tích và lựa chọn phương
pháp điều khiển thích hợp.
Việc xây dựng mô hình toán học cho cánh tay máy trong thực tế là
không hề đơn giản. Dựa vào những yếu tố ở trên đề tài nghiên cứu “NHẬN
DẠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY MÁY” đã được lựa chọn.
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu của chúng tôi góp phần vào tìm hiểu kiến thức về Robot,
đưa ra các kết quả mô hình toán học. Báo cáo kết quả ứng dụng phương pháp
trên mô hình thực, rút kinh nghiệm trong quá trình thực hiện. Kết quả của đề
tài sẽ là cơ sở và tài liệu tham khảo cho các hướng phát triển trong tương lai
và phục vụ cho những thí nghiệm về Robot.
3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Xây dựng mô hình thực và mô hình toán học cho cánh tay máy một
bậc tự do trong phòng thí nghiệm.
- Thiết kế bộ điều khiển và mô phỏng kết quả trong Matlab.
- Cài đặt bộ điều khiển cho bo mạch Arduino và điều khiển thời gian
thực cho cánh tay máy một bậc tự do.
- So sánh kết quả giữa mô phỏng và điều khiển thời gian thực.
3
4. Dự kiến các kết quả cần đạt được
- Có được mô hình toán học cho cánh tay máy một bậc tự do.
- Thiết kế bộ điều khiển cho cánh tay máy một bậc tự do đảm bảo tính
ổn định cũng như yêu cầu chất lượng được đặt ra.
5. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết:
- Nghiên cứu các phương pháp nhận dạng cánh tay máy.
Nghiên cứu thực nghiệm:
- Xác định mô hình toán học và các tham số cho cánh tay máy một bậc
tự do trên mô hình thật.
Đề tài sẽ trình bày theo những nội dung sau:
Chương I: Thiết kế, chế tạo và lắp ráp cánh tay máy một bậc tự do.
Chương II: Xây dựng mô hình toán học cho cánh tay máy một bậc tự
do.
Chương III: Thiết kế bộ điều khiển và mô phỏng.
Chương IV: Điều khiển thời gian thực sử dụng Matlab/Simulink và
thư viện Arduino.
Kết quả và kiến nghị
4
Chương I
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ LẮP RÁP CÁNH TAY MÁY
MỘT BẬC TỰ DO
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁNH TAY MÁY MỘT BẬC TỰ DO
Thông thường các tay máy có trên một bậc tự do. Số bậc tự do hay bậc
chuyển động của tay máy là số khả năng chuyển động độc lập của nó trong
không gian hoạt động. Trong lĩnh vực Robot người ta hay gọi mỗi khả năng
chuyển động là một trục (có thể là chuyển động thẳng dọc theo hoặc song
song với một trục, hoặc chuyển động quay quanh trục), tương ứng theo đó là
một toạ độ suy rộng dùng để xác định vị trí của trục trong không gian hoạt
động. Mỗi trục của tay máy đều có cơ cấu tác động và cảm biến vị trí được
điều khiển bởi một bộ xử lý.
Robot được ứng dụng rất rộng rãi, vì vậy những Robot thực sự có ích
và được nghiên cứu để đưa vào những ứng dụng trong công nghiệp lại là
những cánh tay máy. Cánh tay máy là một hệ thống được sử dụng rất nhiều.
Trong đó cánh tay máy một bậc tự do là một đối tượng đơn giản nhất có thể
thiết kế và chế tạo trong phòng thí nghiệm, đồng thời cũng có thể áp dụng
nhiều thuật toán điều khiển khác nhau để điều khiển nó chẳng hạn như PID
kinh điển, hệ mờ, mạng nơ-ron và các bộ điều khiển phi tuyến khác.
Thông qua chế tạo mô hình thực chúng ta có thể làm chủ được công
nghệ và giảm chi phí hơn nhiều so với việc mua mới một hệ thống hoàn
chỉnh.
1.2. THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁNH TAY MÁY MỘT BẬC TỰ DO
1.2.1. Hệ thống điều khiển cánh tay máy một bậc tự do
Về mặt truyền động và điều khiển, Robot được cấu tạo từ các khối cấu
trúc cơ khí hoạt động nhờ các cơ cấu tác động. Các cơ cấu tác động này có thể
5
hoạt động phối hợp với nhau để thực hiện những công việc phức tạp cùng hệ
thống điều khiển vị trí.
Để đáp ứng yêu cầu cho việc nghiên cứu và phục vụ trong phòng thí
nghiệm chúng tôi xây dựng hệ thống điều khiển bao gồm:
- Computer Core i3, 1,8 Hz, Ram 4G - Phần mềm Matlab 2012a.
- Động cơ DC Encoder V2 (tích hợp đĩa Encoder 334 xung, và một hộp
giảm tốc).
- IC L298N.
- IC SN74HC08N.
- Card điều khiển Arduino.
- Mạch cầu H.
- Tay máy được làm bằng hợp kim nhôm có kích thước:
Chiều dài: l = 0,25m. Chiều dày: d = 0,004m.
Chiều rộng: r = 0,014m. Khối lượng: M = 0,004kg.
Cấu trúc mô hình bàn thí nghiệm cánh tay máy một bậc tự do được biểu diễn:
Hình 1.1: Sơ đồ khối mô hình thí nghiệm.
Card Arduino
Computer,
Matlab
Động cơ DC
Encoder,
Cánh tay
máy
Nguồn vào,
IC L298N,
IC SN74HC08N
Mạch cầu H
Vị trí
đặt
6
1.2.2. Thiết kế và chế tạo cánh tay máy một bậc tự do
Trong quá trình thiết kế và chế tạo cánh tay máy một bậc tự do, vật liệu
được lựa chọn và sử dụng để làm mô hình tay máy là một thanh nhôm (đồng
chất), cùng với tính toán đã đưa ra kích thước cánh tay máy phù hợp với động
cơ sau đó sử dụng máy tiện, máy phay, máy cắt, máy khoan CNC để chế tạo
cánh tay máy theo số liệu thiết kế với kích thước (như hình1.2).
Chiều dài: l = 0,25m
Chiều rộng: r = 0,014m
Chiều dày: d = 0,004m
Khối lượng: M = 0,004kg
r
d
l
l = 250 mm
r = 14 mm
d = 4 mm
Hình 1.2: Cánh tay máy
1.3. GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ
1.3.1. Động cơ
Khi thiết kế chúng tôi đã lựa chọn động cơ điện một chiều kích từ độc
lập có gắn thiết bị đo góc và tốc độ Encoder.
Động cơ hoạt động được với các thông số:
- Điện áp nguồn DC: 5V ÷ 12V (tối đa 31V)
- Dòng điện không tải: 35mA ÷ 42mA.
- Dòng điện có tải: 0,4A ÷ 1A.
- Tốc độ: 1000vg/p ÷ 4300vòng/phút.
7
Hình 1.3: Động cơ DC + Encoder + Giảm tốc
Hình 1.4: Kí hiệu các đầu nối với động cơ
8
Trong đó:
1. DC 12V, dây màu trắng.
2. GND, dây màu vàng.
3. Kênh A, dây màu xanh dương.
4. DC 5V, dây màu đỏ.
5. Kênh B, dây màu xanh lá cây.
6. GND, dây màu đen.
1.3.2. Encoder
Hình 1.5: Encoder
Encoder (được tích hợp với động cơ) dùng để đo góc. Đồng thời
chuyển đổi vị trí góc thành tín hiệu nhị phân và nhờ tín hiệu này có thể xác
định được vị trí trục động cơ hoặc cánh tay máy, tín hiệu ra của Encoder cho
dưới dạng tín hiệu xung.
Xác định tốc độ của động cơ và đo vị trí góc của cánh tay nhờ Encoder
với các thông số:
9
- Điện áp: 5V
- Dòng tiêu thụ: 20mA
- Chuẩn Jack: 2.0
- Có 334 xung, 2 kênh ra A và B cùng tần số nhưng lệch pha 90 độ.
- Số xung mỗi kênh: 334
1.3.3. Hộp giảm tốc
Hộp giảm tốc có tỷ số truyền thực: 1,35/46,8
Trong đó:
1,35: Xác định từ thực nghiệm.
46,8: Thông số của nhà sản xuất.
Hình 1.6: Kích thước hộp giảm tốc
Trong đó:
- Đường kính trục: 0,5cm
- Chiều rộng trục lắp vào tay máy: 0,3cm
- Đường kính hộp giảm tốc: 2,5cm
- Chiều dài hộp giảm tốc: 2,3cm
10
- Khoảng cách 2 vít bắt vào hộp giảm tốc: 1,7cm.
1.3.4. IC L298N
IC L298N là một mạch bán dẫn tích hợp trong một khối, có 15 chân.
Nó có thể kiểm soát không chỉ một mà là hai động cơ. Với điện áp ra lớn, sai
số tín hiệu ra nhỏ và tản nhiệt tốt. Do đó chúng tôi lựa chọn IC L298N cho
mô hình thí nghiệm.
Kí hiệu chân IC L298N được trình bày ở (phụ lục 1).
Hình 1.7: IC L298N.
1.3.5. IC SN74HC08N
IC SN74HC08N gồm 2 đầu vào và DIP-14 cổng HC là một COMS.LS,
mức tiêu thụ điện năng thấp điện áp làm việc 5V.
Kí hiệu chân IC SN74HC08N được trình bày ở (phụ lục 2).
11
Hình 1.8: IC SN74HC08N.
1.3.6. Card Arduino
Hình 1.9: Arduino UNO
1A 1
1B 2
1Y 3
2A 4
2B 5
2Y 6
GND 7
14 V
CC
13 4B
12 4A
11 4Y
10 3B
9 3A
8 3Y
SN74HC08N
12
Để thu thập được dữ liệu từ mô hình thực của cánh tay máy, chúng tôi
đã sử dụng card Arduino Uno để kết nối với máy tính, điều khiển động cơ và
đo vị trí góc của cánh tay máy.
Các thông số kỹ thuật của Arduino như sau:
Vi điều khiển
Atmega 328
Điện áp làm việc
5V
Điện áp nguồn vào
7 ÷ 12V
Điện áp nguồn vào giới hạn
6 ÷ 20V
Đầu vào ra số I/O
14 (6 kênh ra)
Các chân vào tương tự
6
Dòng điện vào cho 1 I/O)
40 mA
Dòng điện vào cho điện áp 3.3V
50 mA
Flash Memory
32 KB
SRAM
2 KB
EEPROM
1 KB
Clock Speed
16 MHz
Cạc Arduino Uno có 14 chân đầu vào/đầu ra (trong đó có 6 chân có thể
được sử dụng như là đầu ra PWM), 6 đầu vào tương tự, 16 MHz tinh thể dao
động, kết nối USB, một jack cắm điện, một tiêu đề ICSP, và một nút reset.
Về mặt kỹ thuật, Arduino là một thiết bị lập trình logic, card Arduino
Uno được kết nối với 1 mạch cầu H (vì động cơ điều khiển cánh tay máy quay
2 chiều).
Card Arduino Uno được kết nối với máy tính bằng cáp USB, chúng tôi
13
dùng mô phỏng Simulink trên Matlab để giao tiếp với Arduino và điều khiển
mô hình thực. Arduino Uno có thể được hỗ trợ thông qua kết nối USB hoặc
với một nguồn cung cấp điện bên ngoài từ 6 ÷ 20 volts. Nếu sử dụng nguồn
pin dưới 5 volts Arduino có thể không ổn định. Nếu sử dụng nhiều hơn 12V,
các bộ điều chỉnh điện áp có thể bị quá nóng và làm hỏng. Vì vậy điện áp
nguồn vào nên sử dụng từ 7 ÷ 12 volts.
* Các chân điện của card Arduino Uno như sau:
+ Đầu vào và đầu ra:
Arduino có 14 chân đầu vào, đầu ra hoạt động ở điện áp 5 volts. Nguồn
pin có thể cung cấp tối đa 40 mA và có một điện trở bên trong 20 ÷ 50 kohms.
- Serial: 0 (RX) và 1 (TX). Chân này được kết nối với các chân tương ứng
của Atmega 8U2 USB - to - TTL nối tiếp chip.
- Chân số 2 và 3 được nối với Encodor trên động cơ
- PWM: Các chân 3, 5, 6, 9, 10, và 11 cung cấp đầu ra PWM 8 bit. Chân
5,6 được đưa ra điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ.
- LED: 13. Có một built - in LED kết nối với pin kỹ thuật số 13. Khi pin
có giá trị cao, đèn LED bật, khi pin có giá trị thấp đèn LED tắt.
- TWI: A4 hoặc SDA pin và A5 hoặc SCL pin.
