Thiết kế, chế tạo ROBOT tự động

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
Thiết kế, chế tạo ROBOT tự động
(Tham gia cuộc thi sáng tạo ROBOT Việt Nam2005 do đài THVN tổ chức)



1
1

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời đại công nghiệp hoá , hiện đại hoá đất nước cùng với sự phát
triển vượt bậc về công nghệ , nghành điện tử đẫ và đang phát triển và được ứng
dụng rộng rãi mang lại hiệu quả cao trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế cũng như
trong đời sống xã hội , dặc biẹt là những ứng dụng của kỹ thuật vi điều khiển .
Kỹ thuật vi điều khiển với tốc độ phát triển nhanh chóng đã mang đến những thay
trong khoa học và công nghệ cũng như trong đời sống hàng ngày . Ngày nay các
thiết bị máy móc càng trở nên thông minh hơn , chính xác hơn , các công việc
được thực hiện với hiệu quả cao hơn cũng là nhờ một phần vi điều khiển .
Kỹ thuật vi điều khiển là kỹ thuật phát triển mạnh trong tương lai , là chìa khoá để
tiến tới công nghệ hiện đại . Đối với sinh viên chuyên nghành điện tử đây là một
lĩnh vực mới hứa hẹn mở ra nhiều triển vọng
Với ưu điểm hơn của vi điều khiển chúng em đã ứng dụng để thực hiện nhiệm

vụ chế tạo robot trong cuộc thi sáng tạo robot năm 2005. Với sự giúp đỡ của thầy
giáo ( chỉ đạo viên ) cùng các thầy trong khoa Điện - Điện tử đến nay chúng em
đã hoàn thành đồ án được giao. Trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi
những thiếu sót chúng em rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn
để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !
2
2

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 1
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
---------------------------------------------------------------------------


3
3

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 2
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------
---------------------------------------------------------------------------


4
4

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
MỤC LỤC
Trang
PHẦN I. Giới thiệu đề tài 6
1. Mục tiêu của chế tạo ROBOT. 6
2. Sân chơi, luật chơi. 6
3. Ý tưởng thực hiện. 10
4. Phương hướng giải quyết. 11
PHẦN II.Nội dung 12

1. Mạch điều khiển Robot 12
1.1 Sơ đồ khối của Robot 12
1.2 Nguồn cấp cho robot 12
1.3 Khối điều khiển . 12
1.4 Khối cảm biến . 18
1.5 Khối khuếch đại. 20
1.6 Khối chấp hành . 33
2. Chương trình điều khiển . 34
2.1 Đường đi của Robot MPAM1. 34
2.2- Lưu đồ giải thuật. 35
2.2.1 Lưu đồ giải thuật chương trình chính. 35
2.2.2 Lưu đồ giải thuật chương trình dò đường. 36
2.2.3 Lưu đồ giải thuật chương trình 1 . 37
2.2.4 Lưu đồ giải thuật chương trình 2. 38
2.3 Chương trình điều khiển. 39
PHẦN III. Kết luận và kiến nghị. 52
1. Kết luận
2. Kiến nghị.
PHẦN IV. Tài liệu tham khảo. 53
5
5

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
PHẦN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1-Mục tiêu:
Thiết kế ,chế tạo và lắp giáp mạch điều khiển robot tự động .
Viết chương trình điều khiển cho robot theo luật chơi của cuộc thi robocon 2005
do đài truyền hình Việt Nam tổ chức.

Lắp giáp hoàn thiện robot.
2-Sân thi đấu và luật chơi
2.1- Sân thi đấu
Hình 1: Sân thi đấu
(1) Sân thi đấu là một khu vực hình vuông có kích thước là 14.000mm X
14000mm.
(2) Mặt sàn sân thi đấu được làm bằng các tấm nhựa Vinyl có độ dày 2mm.
Những phần nối trên bề mặt các tấm nhựa có thể được dán bằng băng dính
không bóng ( Non-shiny vinyl tape) .
(3) Sân thi đấu được bao quanh một rào cản gỗ cao 100mm và dày 30mm.
(4) Sân thi đấu bao gồm “ Vùng Robot bằng tay”; “Đài lửa” và “Vùng Robot
6
6

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
tự động” và gồm cả “Vùng tháp báo hiệu”. Xem chi tiết bản vẽ sân thi đấu.
(5) Vùng tự động
a. Vùng tự động là một hình vuông có kích thước 9000mm X 9000mm.
b. Vùng tự động được bao quanh bằng rào cản gỗ cao 100mm và dày
30mm.
c. “ Khu xuất phát cho máy tự động ” có kích cỡ 1000mm X 1000mm được
đặt ở vùng tự động và hai khu xuất phát này của hai đội đối diện nhau.
(Xem hình vẽ)
d. Chỉ có Robot tự động được hoạt động trong vùng tự động. Đường chỉ dẫn
màu trắng rộng 30mm được vạch trên vùng tự động.
e. Một khu vực hình bát giác trồi lên có độ cao 100mm nằm ở trung tâm
vùng tự động được gọi là “Vùng tháp báo hiệu”. Khu vực này có bốn
cạnh dài 2000mm và bốn cạnh kia dài 1414mm. dọc theo hai cạnh dài

2000mm đối diện nhau có hai đường dốc tỷ lệ 1:5 nối phần khu vực sàn
cao hơn với phần sàn phía dưới.
f. Trong vùng tự động có đặt năm ngọn đuốc. Ngọn đuốc chính cao nhất có
độ cao là 1800mm được đặt tại trung tâm của “ Vùng tháp báo hiệu”.
Những ngọn đuốc còn lại có độ cao là 1500mm được bố trí xung quanh
ngọn đuốc chính.
g. Ngọn đuốc là một chiếc khay trong suốt, với phần miệng để trống, được
gắn trên đỉnh một chiếc cột đuốc. Ngọn đuốc chính được chia ra các
phần bằng nhau với màu đỏ, xanh lục và xanh lam và được gọi là khay
năng lượng đỏ, xanh lục, xanh lam tương ứng. Mỗi ngọn đuốc vòng
ngoài được chia ra thành hai phần bằng nhau có màu xanh và đỏ và cũng
được gọi là khay năng lượng xanh đỏ tương ứng. Riêng ngọn đuốc chính
có thể xoay quanh trục của nó trên cột nếu trong cuộc chơi có một lực
tác động vào. Các ngọn đuốc khác không xoay được.
h. Xem chi tiết cách bố trí tại vùng tự động trên bản vẽ
7
7

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
(6) “ Đài lửa ”
Bốn đài lửa có đường kính 1200mm được đặt ở bốn góc của vùng tựđộng. Đĩa nhiên
liệu có đường kính 600mm được đặt ở trung tâm của đàilửa. Đĩa nhiên liệu có độ
cao 100mm so với mặt sàn cùng với một đường bo viền rộng 50mm. Độ sâu của đĩa
là 30mm. Một đường dốc rộng 350mm cầu nối cho đĩa và mặt sàn. Xem chi tiết đĩa
nhiên liệu ở bản vẽ.
(7) Vùng Robot điều khiển bằng tay.
a. Vùng Robot điều khiển bằng tay bao quanh vùng Robot tự động và đài
lửa.

b. Hai kho chứa nhiên liệu dành cho cả hai đội được đặt đối diện nhau tạivùng
Robot điều khiển bằng tay, và mỗi kho chứa nhiên liệu này đượcxếp 16 quả bóng
nhiên liệu.
c. Khu xuất phát của Robot điều khiển bằng tay là một hình vuông có kích thước
1000mm X 1000mm, được đặt ở giữa cạnh của vùng Robot điều khiển bằng tay. Hai
khu xuất phát của hai đội được đặt đối diện với nhau.
d. Xem bản vẽ để biết thêm chi tiết về vùng dành cho Robot điều khiển bằng tay.
2.2 Các Robot.
Mỗi đội tham dự phải chế tạo một hoặc cả hai loại máy điều khiển bằng tay và điều
khiển tự động. Không giới hạn về số lượng máy tự động nhưng mỗi đội chỉ được
phép chế tạo một Robot điều khiển bằng tay.
(1) Robot điều khiển bằng tay.
a. Các máy điều khiển bằng tay phải được vận hành thông qua bộ điều khiển từ xa
sử dụng dây cáp; hoặc điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại, tia nhìn thấy, sóng âm.
Không được sử dụng sóng vô tuyến. Nguời điều khiển không được phép ngồi hoặc
cưỡi lên máy điều khiển bằng tay.
b. Trong trường hợp sử dụng dây cáp, điểm kết nối giữa máy điều khiển bằng tay và
hộp điều khiển phải đặt cách mặt sàn ít nhất là 1000mm. Độ dài của cáp điều khiển
tính từ máy cho đến hộp điều khiển không được vượt quá 3000mm.
c. Sau khi trận đấu bắt đầu các thành viên đội tuyển không được phép chạm vào
Robot điều khiển bằng tay.
8
8

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
(2) Các Robot tự động
Các máy tự động phải tự động hoàn toàn.
Tất cả các phần tách ra từ máy tự động được coi là một máy tự động, nó cũng

phải
có cơ chế như một máy tự động.
a. Trước khi trận đấu bắt đầu mỗi đội chỉ được chất tối đa là 16 quả bóng nhiên
liệu lên máy tự động.
b. Mỗi máy tự động sẽ chỉ được khởi động bằng một thao tác.
c. Máy tự động được phép di chuyển tới bất kỳ vùng nào trên sân, ngoại trừ
vùng “đài lửa” và khoảng không phía trên của vùng này.
d. Sau khi trận đấu được bắt đầu, tất cả các máy tự động có thể được khởi động
lần lượt nhưng các thao tác khởi động phải kết thúc trong vòng 20 giây, sau
đó các thành viên phụ trách việc khởi động máy phải rời sân thi đấu ngay và
đứng ngoài rào cản gỗ. Những máy tự động nào không hoàn thành việc khởi
động trong thời gian quy định phải để nguyên ở khu xuất phát.
e. Khi máy tự động đã xuất phát các thành viên đội tuyển không được phép
chạm vào máy đó .
f. Các Robot tự động của một đội không được phép liên lạc với nhau dưới mọi
hình thức.
(3) Phương pháp điều khiển.
 Chỉ một thành viên trong đội được điều khiển Robot bằng tay trong khuvực
sân chơi.
 Đối với các máy tự động mỗi trận đấu mỗi đội chỉ được khởi động lại một
lần, sau khi đội đó ra hiệu xin được khởi động lại và được sự chấp thuận của
trọng tài. Bất kỳ thành viên nào của đội tuyển cũng có thể được phép khởi
động lại bất kỳ máy tự động nào bắt đầu từ khu xuất phát. Tất cả các thao tác
khởi động lại cũng phải được hoàn tất trong vòng 20 giây. Sau đó những
thành viên phụ trách việc khởi động lại máy phải rời sân thi đấu ngay và đứng
ngoài rào cản gỗ. Người vận hành máy tự động chỉ được phép vào sân thi đấu
khi thực hiện thao tác khởi động máy, kể cả khi khởi động lại.
(4) Nguồn cấp năng lượng
a. Mỗi đội phải tự chuẩn bị nguồn cho tất cả các máy trong suốt trận đấu.
b. Điện áp của nguồn cấp phải dưới 24VDC.

c. Các nguồn cấp mà BTC cho là nguy hiểm hoặc không phù hợp sẽ không
9
9

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
được phép sử dụng.
(5) Khối lượng
a. Tổng khối lượng các máy của mỗi đội không được vượt quá 50kg.
b. Tổng khối lượng bao gồm khối lượng của nguồn cấp năng lượng, dây cáp
bộ điều khiển và các thành phần khác của Robot
(6) Kích cỡ
a. Máy tự động phải có kích cỡ sao cho đặt vừa trong khu xuất phát
(1000mm X 1000mm X 1500mm).
b. Sau khi trận đấu bắt đầu và các máy tự động rời khu xuất phát, chúng có
thể tách ra và hình dáng có thể thay đổi tuỳ ý nhưng độ cao của mỗi máy
sẽ không được vượt quá 2000mm.
c. Máy điều khiển bằng tay phải đặt vừa trong khu xuất phát
1000mm X 1000mm X 1500mm.
d. Sau khi trận đấu bắt đầu và máy điều khiển bằng tay rời khu xuất phát nó
có thể thay đổi kích cỡ tùy ý nhưng độ cao không vượt quá 1500mm và
không được tách rời.
2.3 Các bộ phận khác ( Quả bóng nhiên liệu)
(1) Các quả bóng nhiên liệu là mô hình quả bóng rổ thu nhỏ có đường kính là
150mm và cân nặng 150g.
(2) áp suất bên trong quả bóng được kiểm soát sao cho bóng ít đàn hồi nhất.
Độ nảy của bóng khi thả từ độ cao 1m xuống mặt gỗ cứng không được vượt quá
150mm.
(3) Hai đội thi đấu dùng bóng có màu đỏ và xanh đậm.

3- Ý tưởng thiết kế
Khi đã nghiên cứu kỹ sân thi đấu và luật chơi cùng các thành viên trong nhóm
C2DM đã quyết định thiết kế chế tạo robot này cùng với 2 robot tự động khác và
một robot điều khiển bằng tay.
Robot này có kết cấu cơ khí bằng nhôm ,có một ngăn đựng 4 quả bóng bỏ bóng
vào ngọn đuốc phía phải điểm xuất phát .
Robot có hệ thống kéo bóng lên để bỏ bóng vào ngọn đuốc là động cơ và cơ cấu
dòng dọc.
4- Phương hướng giải quyết
10
10

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
Để robot có thể đi tới ngọn đuốc chúng em đã dựa vào vạch trắng trên sân.
Phát hiện vạch trắng nhóm đã sử dụng cảm biến khoảng cách của hãng
OMRON . Cảm biến này có ưu điểm không bị nhiễu bởi ánh sáng hồng ngoại,
dải điện áp sử dụng rộng (10-30v DC ), xung đầu ra ổn định hoặc 12v hoặc 0v.
Hai cảm biến được đặt cách nhau 3cm trên hai miếp của vạch trắng .Một cảm
biến khác dùng để đếm vạch nhằm cho robot dừng đúng vị trí bỏ bóng .
Để thực hiện việc bỏ bóng chúng em đã kết hợp cả cơ khí và điện . Cơ khí thì lợi
dụng lực kéo của động cơ để nhả thanh giữ bóng ,khi đến ngọn đuốc tiếp theo thì
dùng xung điện đốt dây giữ bóng.
Robot hoạt động được linh hoạt cần có mạch điều khiển động cơ . Ở đây chúng
em sử dụng trazitor để điều khiển cho động cơ lái và dùng role điều khiển động
cơ kéo bóng và cấp xung điện đốt dây.
Sử dụng chip AT89C51 để xử lý và cung cấp tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu
của robot hoạt động ,như điều khiển mạch khuếch đại , kết hợp cùng cảm biến để

dò đường …
Chip này phù hợp với điều kiện của sinh viên và với các chương trình không quá
lớn. Chương trình điều khiển được viết bằng phần mềm Ride với ngôn ngữ
Assembler và được tổ chức dưới dạng các chương trình con sau đó được tổng hợp
ở chương trình chính.
- Việc xác định vị trí của Robot trên sân được thực hiện thông qua ngắt ngoài1.
- Trong thực tế thi đấu, Robot thường dễ bị nhiễu bởi độ bóng của mặt sân, của
vạch, hoặc bị rung khi di chuyển nên gây ra nhầm vạch hoặc mất phương
hướng, để xử lý vấn đề này ngoài việc dùng phần cứng ở bộ phận cơ khí, hoặc
cảm biến cần sử dụng linh hoạt các ngắt ngoài kết hợp với các ngắt Timer
trong chip để lọc các xung nhiễu.


PHẦN II NỘI DUNG
11
11
Nguồn Khối điều khiển Khối khuếch đại Khối chấp hành
Khối cảm biến

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
1- Phần mạch điều khiển
1.1 Sơ đồ khối điều khiển robot
1.2-Nguồn
Theo quy định của luật chơi chỉ sử dụng nguồn một chiều tối đa 24v DC.
Trong robot sử dụng hai nguồn cơ bản là nguồn 12vDC cấp cho mạch vi xử lý và
khối cảm biến .
Và nguồn 24vDC cung cấp cho khối khuếch đại .
Để cung cấp đủ dòng cho các khối nhầt là khối khuếch đại nên nhóm đã chọn loại

nguồn 24vDC 5Ah. .
1.3 -Khối điều khiển
Mạch điều khiển Robot có thể sử dụng nhiều phương pháp nhưng giải pháp vừa
đơn giản, thuận tiện, chính xác và phù hợp với điều kiện của sinh viên là dùng Vi
Điều Khiển, mà ở đây là sử dụng vi điều khiển họ 8051 ( AT89C51).
Không chỉ có giá thành thấp, phần cứng thiết kế đơn giản, AT89C51 còn có :
+ Khối xử lý CPU : để xử lý và thực thi chương trình.
+ Các bộ Timer có thể tạo ra thời gian chính xác.
+ Hệ thống ngắt ngoài có thể xử lý nhanh ở bất kỳ thời điểm nào.
+ 4 Kb ROM để lưu chương trình điều khiển.
+ 128 Byte RAM nội để lưu các tham số và dữ liệu.
+ Bốn cổng xuất nhập I/O 8 bit.
+ 210 vị trí nhớ có thể định địa chỉ bít.
+ Tốc độ xử lý tín hiệu nhanh, tin cậy, chính xác.
+ Dễ dàng thay đổi yêu cầu điều khiển Robot bằng cách thay đổi chương
trình soạn thảo mà không cần thay đổi mạch phần cứng.
12
12

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
Sau khi nghiên cứu và thống nhất nhóm đã quyết định đưa ra giải pháp thiết kế
mạch điều khiển robot như trong( hình 1).
Khi các tín hiệu từ cảm biến ,công tắc hành trình đưa về vi điều khiển để xử lý
hoặc các tín hiệu từ điều khiển ra điều khiển các môdul không đưa trực tiếp vào,ra vi
điều khiển mà cho qua con đệm 74LS245N ,hoặc 74HC245N.Đó chính là IC thu
phát hai chiều không đảo.IC này có khả năng:
+ Chống nhiễu, chống các xung ngược giúp vi điều khiển làm việc ổn định.
+ Khuếch đại tín hiệu điều khiển.

+ Có thể chọn được chiều truyền duy nhất của tín hiệu.
Sơ đồ chân tín hiệu của IC đệm được thể hiện trong( hình 2)
Nguồn ổn định 5v được cấp cho vi điều khiển thông qua IC ổn áp 7805 và các tụ
lọc nguồn.
Từ yêu cầu cụ thể như việc sử dụng ngắt ngoài (nằm trên P3) của chip
AT89C51, việc ghép nối thuận tiện mà mạch phần cứng được thiết kế với chức
năng:
+ Các cổng P1, P3 là các cổng đầu vào tín hiệu.
+ Các cổng P0, P2 là các cổng đầu ra tín hiệu.
Việc lựa chọn các chiều truyền này phụ thuộc vào việc đặt chân 1 của IC đệm ở
mức cao hay mức thấp. Các tín hiệu vào, ra từ mạch điều khiển được nối ghép
với các môdul khác thông qua các jump cắm. Việc thiết kế các mạch dưới dạng
các môdul rất thuận lợi trong việc thay thế và di chuyển vì chỉ cần ghép các
môdul lại với nhau bằng cáp và dây dẫn.
13
13

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
Hình 1 : Sơ đồ nguyên lý mạch VĐK
14
14

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
Hình 2 : Sơ đồ chân mạch Vi Điều Khiển
15
15

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
Hình 3: Sơ đồ board
16
16

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================

HÌNH 4: SƠ ĐỒ CHÂN IC 74HC245N
* Một số chân cơ bản
- Chân 10 nối GND
- Chân 20 nối VCC
- Chân 1 cho phép truyền dữ liệu từ A sang B nếu nối với VCC hoặc ngược lại nối
GND
- Chân 19 nối GND thì cho phép truyền dữ liệu
1.4- Khối cảm biến.
17
17

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
Có rất nhiều cách khác nhau để định vị cho Robot như : lập trình theo thời gian,
định vị dùng Camera, hay dùng các công tắc hành trình…Nhưng dùng cảm biến vẫn
là thông dụng nhất, mà cụ thể ở đây là dùng các cảm biến quang để phát hiện các
vạch trắng trên sân. Đối với một Robot tự động thì việc dò đường đóng vai trò hết

sức quan trọng. Nó quyết định việc đến đích hay không của Robot và quá trình di
chuyển của Robot có nhanh và mịn hay không. Trong quá trình chế tạo các Robot tự
động, bản thân chúng em cũng đã gặp và phải xử lý rất nhiều vấn đề liên quan đến
cảm biến và việc dò đường. Thứ nhất, về cảm biến. Mặc dù đã sử dụng loại cảm
biến quang của OMRON( loại cảm biến không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng hồng
ngoại) nhưng trong thực tế thi đấu do mặt sân rất bóng và trơn nên Robot vẫn bị
nhiễu do sự phản xạ của ánh sáng xuống nền sân bóng tạo ra các vạch ảo khiến
Robot nhận nhầm vạch. Để giải quyết vấn đề này, giải pháp đầu tiên là phải che kín
các cảm biến và chỉ để hở phần phản xạ vạch trắng, đồng thời gá cảm biến càng thấp
càng tốt nhằm hạn chế những nhiễu trên. Giải pháp thứ hai là sử dụng các ngắt
Timer trong Onchip để khử các nhiễu này, đây là một giải pháp rất hay và hiệu quả,
nó không làm thay đổi phần cứng của Robot nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu lọc xung
nhiễu. Khi gá cảm biến cần đảm bảo các yêu cầu: hai cảm biến dò đường phải được
đặt chính giữa Robot, chúng phải song song với nhau và song song với các vạch
ngang. Cảm biến đếm vạch gá cách hai cảm biến dò đường một khoảng sao cho khi
Robot quay phải hoặc quay trái thì khả năng tìm lại đường là dễ dàng nhất. Việc gá
cảm biến cũng rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến đường đi và quá trình dò
vạch của Robot.
 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ board mạch cảm biến:
Hình 5: Sơ đồ nguyên lý
18
18

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
Hình 6: Sơ đồ chân linh kiện mạch cảm biến
Hình 7: Sơ đồ Board mạch cảm biến
* Nguyên lý hoạt động mạch cảm biến.
19

19

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
- Để thực hiện việc dò đường và đếm vạch nhóm đã sử dụng các cảm biến
quang của hãng OMRON :
Tên Loại Điện áp đặt ( Vcc) Điện áp ra
E3S – DS30E4 NPN 10- 30VDC Vcc
Cảm biến được cấp điện áp nằm trong khoảng 10-30vDC và đầu ra cho
mức12V (khi không có vật phản xạ )hoặc 0V (khi có vật chắn phản xạ ánh sáng)để
chuyển đổi điện áp này thành điện áp 0V,5V giao tiếp được với mạch vi điều khiển
thì có rất nhiều giải pháp như dùng Transistor, dùng Optorcoupler PC817 … ở đây
nhóm đã sử dụng biện pháp là dùng Diode cách ly. Khi cảm biến ở nền sân màu
xanh thì đầu ra cảm biến có điện áp là Vcc, điện áp này được đưa vào katot của
diode.
Do anot của diode luôn được nối với 74HC245 nên luôn có nguồn ổn định là 5V do
dó lúc này diode bị phận cực ngược nên đầu vào chân VĐK luôn dữ là 5V. Trường
hợp cảm biến vào vạch trắng thì tín hiệu từ cảm biến ở mức thấp ( 0V) lúc này
diode phân cực thuận. Vì Cảm biến chúng em dùng loại NPN nên bên trong cảm
biến có một dòng điện hút làm cho diode phân cực thuận kéo điện áp 5V ở chân
VĐK xuống 0V(tức là vi điều khiển nhận được mức thấp 0V).
1.5- Khối khuếch đại
Để điều khiển việc cấp dòng và áp cho động cơ hoạt động bình thường thực
hiện được mục tiêu là tới đích nhanh, chính xác và đảm bảo độ linh hoạt của
20
20

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
động cơ có thể có nhiều phương pháp như:dùng tranzitor,dùng role,hoặc dùng
IC.Thực tế phù hợp với điều kiện thực hành tại xưởng và được tiếp xúc của
sinh viên thì dùng tranzitor,role là thích hợp nhất .Và nhóm đã quyết định
dùng tranzitor,role trong mạch khuếch đại điều khiển động cơ.
*mạch khuếch đại dùng tranzitor
Tranzitor là phần tử không tiếp điểm nên quá trình điều đóng ngắt êm,tần số
đóng ngắt lớn.
Để có dòng và áp đủ cung cấp cho động cơ tranzitor hoạt động ở chế độ bão
hoà, và tranzitor phải là loại tranzitor công suất.
Nhằm đảm bảo cho tranzitor hoạt động thì cần phân cực cho nó bằng cách cấp
các mức điện áp vào các cực.Với trường hợp tranzitor hoạt động ở chế độ bão
hoà thì cần tính toán giá trị điện trở phân cực.
Để tranzitor hoạt dộng ở chế độ chuyển mạch (chế độ bão hoà) mà tranzitor
dùng là loại NPN nên điện áp cấp V
BE
=0,7-0,8V và V
CE
=0,1-0,2V như hình vẽ 8.
Khi đó:
Ic=
Rc
VVcc
CE
−


I
B
=

Rb
VVi
BE
−
Thường chọn Rc cỡ vài trăm ôm,áp dụng công thức Ic =
.
β
Ib để tìm ra điện trở
Rb.
21
21

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
Hình 8:mạch phân cực cho tranzitor chế độ bão hoà
Ghép các tranzitor lại vơí nhau nhằm điều khiển động cơ được linh hoạt hơn
như chạy , dừng, đảo chiều các động cơ theo ý muốn thể hiện ở hình 10.
ở đây nhóm đã sử dụng ghép các tầng khuếch đại darlinhton với nhau để tạo
thành mạch đảo chiều động cơ .
Nguyên tắc đảo chiều động cơ là mạch điều khiển phải tạo thành cầu H như
trên (hình 9). ở đó dòng điện sẽ chạy qua động cơ theo như hình vẽ và theo sự
điều khiển của mạch vi điều khiển .
Trên hình 9 bốn tranzitor Q1-Q4 là bốn transitor công suất ,tuỳ từng loại động cơ
mà chọn loại tranzitor cho phù hợp, ở đây chúng em sử dụng loại C2335 . Và để
điều khiển các tranzitor C2383 này đóng mở thì có thể sử dụng nhiều cách khác
nhau ,cụ thể trên robot này sử dụng kiểu mắc darlinhton .Thông số của các loại
tranzitor này cho dưới bảng:
22
22

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
Hình 9: Sơ đồ cầu H điều khiển đảo chiều động cơ
Khi muốn đảm bảo dòng chỉ chay theo một chiều chống xung ngược thì ta mắc theo
sơ đồ hình 10-1 dưới đây. Trong sơ đồ này các điôt đóng vai trò định hướng dòng và
chống xung ngược .Hoặc khi muốn giảm đầu điều khiển thi dùng sơ đồ 10-2
23
23

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
Hình 10-1
24
24

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG

============================================================================
Hình 10-2
*Nguyên lý hoạt động của mạch đảo chiều dùng tranzitor
Xét mạch đảo chiều của động cơ trái (tương tự cho động cơ phải).
25
25