THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY MÁY 5 BẬC TỰ DO DÙNG VI XỬ LÝ 8085

Đồ án tốt nghiệp
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên : LÊ TẤN MINH
Lớp :95 KĐĐ
Nghành : Kỹ thuật Điện –Điện Tử
1-Tên đề tài :
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY MÁY 5 BẬC TỰ DO DÙNG
VI XỬ LÝ 8085
2 – Các số liệu :
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
3 – Nội dung của phần thuyết minh tính tốn :
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
4 – Các bản vẽ :
--------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
5 – Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN THANH BÌNH
6 – Ngày giao nhiệm vụ :
7 – Ngày hồn thành nhiệm vụ :
Giáo viên hướng dẫn Thông qua bộ môn

Ngày 28 tháng 2 năm 2000
Chủ nhiệm bộ môn


Đồ án tốt nghiệp
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Giáo viên hướng dẫn


Đồ án tốt nghiệp
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

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

Giáo viên duyệt

Đồ án tốt nghiệp
Lời nói đầu
Trong những năm gần đây theo sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công
cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đang diễn ra khá tốt đẹp. Trước
tình hình đó đã có khá nhiều yêu cầu cấp bách và cũng là những thách thức
được đặt ra cho giới trí thức.
Tay máy công nghiệp là một lĩnh vực mới mà ở Việt Nam đang nghiên
cứu và từng bước chế tạo để ứng dụng vào quá trình sản xuất góp phần nâng
cao năng xuất lao động.
Kỹ thuật vi xử lí rất ưu việt đã trở nên rất cần thiết trong ngành điện tử,
nó đã thay thế các thiết bị có cấu tạo phức tạp thành đơn giản. Ưùng dụng vi
xử lí rất rộng rải từ máy móc quan trọng trong nền công nghiệp đến các thiết
bị chuyên dùng.
Với các ưu điểm về các chỉ tiêu kỹ thuật và tính linh hoạt của vi xử lí,
việc nghiên cứu và ứng dụng vi xử lí rất cần thiết.
Không nên dừng lại ở cách sử dụng, cách tốt nhất để hiểu rỏ thiết bị
mới và đi sâu vào tìm hiểu bản chất hoạt động bên trong của thiết bị đó. Thực
hiện đề tài : “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY
MÁY NĂM BẬC TỰ DO” như là một cách để thể hiện một phần trong những
kiến thức mà em đã đạt được sau năm năm học tập tại trường.
Do có sự hạn chế về thời gian cũng như kiến thức và kinh nghệm nên
không tránh khỏi những sai sót.
Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn sinh
viên Khoa Điện về đề tài này.
Thủ Đức Ngày 28 Tháng 02 Năm 2000

Sinh Viên Thực Hiện
LÊ TẤN MINH

Đồ án tốt nghiệp
LỜI CẢM TẠ
Tập đồ án được hồn thành như là một bước ngoặt báo hiệu kết thúc thời
gian học tập tại trường ĐHSPKT. Nếu không có sự đóng góp về nhiều phía
chắc chắn người thực hiện dề tài này khó mà đạt được nhũng kết quả sau 5
năm học đại học
Đó là sự đóng góp tích cực về vật chất, sự ủng hộ động viện tinh thần về
phía gia đình – đã hình thành một chỗ dựa vững chắc. Em sẽ mãi mãi ghi nhớ.
Được học môn vi xử lý và các môn khác cùng với sự trực tiếp hướng dẫn
nhiệt tình của thầy Nguyễn Thanh Bình giúp em thực hiện đề tài. Xin chân
thành cảm ơn.
Trong số kiến thức mà em đạt được có sự đóng góp của nhiều thầy cô,
cùng với sự giúp đỡ, những lời động viên đúng lúc trong khi học và trong thời
gian thực hiện đề tài của các bạn sinh viên Khóa 95 KĐĐ, có lẽ em không thể
nào quên.
Thủ Đức Ngày 28 Tháng 02 Năm 2000
Sinh Viên Thực Hiện
LÊ TẤN MINH

Đồ án tốt nghiệp
Chương 1

Đồ án tốt nghiệp
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng nhanh góp phần nâng cao năng suất lao
động. Đặt biệt sự ra đời và phát triển của công nghệ chế tạo Robot nhằm tạo ra sự tự động
hóa trong quá trình sản xuất giảm đi sức lao động bằng chân tay của người lao động

Đối với các nưước ngồi thì Robot đã được nghiên cứu và chế tạo để ứng dụng vào sản
suất đả có từ trước. Riêng ở nước ta lĩnh vực này còn khá mới mẽ. Tuy có sự đầu tư để
nghiên cứu nhưng còn hạn chế ,có thể dùng mô hình cánh tay máy để phục vụ trực tiếp cho
công việc giảng dạy tại trường nhằm giúp cho sinh viên hiểu rỏ hơn về lý thuyết, tạo điều
kiện cho việc dạy và học được sinh động hơn .
Bức xúc trước nhu cầu tìm hiểu về tay máy công nghiệp từ chính bản thân và của
những người yêu thích về lĩnh vực này, nhóm đã bắt tay vào việc thực hiện nghiên cứu đề
tài: “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY MÁY NĂM BẬC TỰ
DO”.
1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA VẤN ĐỀ
Ở Việt Nam nói chung công nghệ chế tạo tay máy còn chậm phát triển, chúng ta vẩn
chưa có nhà máy nào có khả năng chế tạo các bộ phận cấu thành của tay máy đạt tiêu chuẩn
quốc tế. Tận dụng những vật liệu có sẳn để gia công các chi tiết cơ khí cũng như linh kiện ,
thiết bị điện có sẳn do nước ngòai sản suất để thiết kế thành những sản phẩm cụ thể trước
hết là ứng dụng làm phương tiện giảng dạy trong trường học và từ đó phát triển cao hơn để
ứng dụng vào trong sản suất đã và đang là hướng đi đúng đắng của các kỹ sư ở Việt Nam .
Đề tài : “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY MÁY NĂM BẬC
TỰ DO” không nằm ngồi nhận định trên. Điều quan trọng hơn hết là các vấn đề liên quan
đến cấu tạo, nguyên lý hoạt động của tay máy và phần lý thuyết về các hoạt động xảy ra bên
trong vi xử lí sẽ được giới thiệu trong đề tài này. Nó sẽ là nguồn thông tin hửu ích cho
những ai muốn tìm hiểu về lĩnh vực này.
1.3 GIỚI HẠN VẤN ĐỀ
Tay máy rất đa dạng về nguồn gốc và chủng loại đây là lần đầu thực hiện nghiên cứu
đề tài: “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY MÁY NĂM BẬC TỰ
DO” trong điều kiện:
• Thời gian thực hiện đề tài chỉ trong 6 tuần
• Kinh nghiệm thực tế chưa có nhiều
• Tài liệu về vi xử lí và tay máy còn hiếm
Vì vậy nhóm đã thực hiện nghiên cứu đề tài với những đặc điểm chính sau đây:
• Lập trình bằng KIT vi xử lí 8085

• Thiết kế mạch điều khiển cánh tay máy
• Xây dựng những chương trình tiêu biểu

1.4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Thực hiện đề tài “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY
MÁY NĂM BẬC TỰ DO” là một công việc để người thực hiện đề tài nghiên cứu kỹ khái
niệm mô hình, nguyên lý làm việc cũng như tập lệnh của vi xử lí.
Sản phẩm của đề tài trước hết có thể được ứng dụng vào phương tiện giảng dạy tại
trường; và nếu được phát triển rộng, đi sâu hơn thì có thể ứng dụng vào trong thực tế sản
xuất công nghiệp,và đặc biệt cung cấp một cái nhìn tổng quát về vi xử lí và tay máy công
nghiệp.

Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 2

Đồ án tốt nghiệp
2.1 DÀN Ý NGHIÊN CỨU
• Giới thiệu tổng quát về tay máy
• Thiết kế mạch điều khiển cánh tay máy
• Xây dựng phần mềm
• Thi công
• Hướng dẫn thao tác
2.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Chủ yếu là mô hình cánh tay máy được gia công
2.3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU
 Phương Pháp
Tham khảo tài liệu: chủ yếu là các tài liệu về kỹ thuật số, kỹ thuật vi xử lí, điện tử cơ bản
Thực nghiệm: viết chương trình thử nghiệm trên KIT vi xử lý 8085
 Phương Tiện
• Ngòai KIT vi xử lí 8085 và mô hìmh cánh tay máy, nhóm còn thực hiện dề tài còn thiết

kế thêm các mạch phụ để thử nghiệm các chương trình liên quan đến 8255 và 8279
2.4 THỜI GIAN NGHIÊN CỨU
Nhóm thực nghiên cứu đề tài từ ngày đăng ký đề tài, công việc được phân bố cho 6
tuần làm việc như sau:
Tuần 1 : Lập đề cương tổng quát
Tuần 2 : Thu thập tài liệu
Tuần 3 : Lập đề cương chi tiết
Tuần 4,5 : Khai triển đề cương và đánh máy
Tuần 6 : Sửa chữa và in ấn

Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 3

Đồ án tốt nghiệp
3.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
Thuật ngữ ROBOT xuất hiện vào năm 1920 trong một tác phẩm văn học của nhà
văn Tiệp Khắc có tên Karel Capek.
Thuật ngữ Inducstrial Robot (IR) - xuất hiện đầu tiên ở Mỹ do công ty AMF
(American Manchine and Foundry company) quảng cáo mô tả một thiết bị mang dáng dấp
và có một số chức năng như tay người được điều khiển tự động để thực hiện một số thao tác
sản xuất thiết bị có tên gọi Versatran.
Quá trình phát triển của IR có thể tóm tắt như sau:
- Từ những năn 50 ở Mỹ xuất hiện viện nghiên cứu đầu tiên.
- Đang đầu những năm 60 xuất hiện sản phẩm đầu tiên tên Versatran của công ty
AMF.
- Ở Anh người ta bắt đầu nghiên cứu và chế tạo các IR theo bản quyền của Mỹ từ
năm 1967;
- Ở các nước Tây Âu khác như : Đức, Ý, Pháp, Thụy Điển, từ những năm 70.
- Châu Á có Nhật bắt đầu nghiên cứu ứng dụng IR từ năm 1968.
Đến nay trên thế giới có khoảng trên 20 công ty sản xuất IR trong số đó có 80 công

ty của Nhật , 90 công ty của các nước Tây Âu, 30 công ty của Mỹ và một số công ty ở Nga,
Tiệp …
Theo chủng loại, mức độ điều khiển, và khả năng nhận biết thông tin của tay máy -
người máy đã được sản xuất trên thế giới có thể phân loại các IR thành các thế hệ sau:
Thế hệ 1 : thế hệ có kiểu điều khiển theo chu trình dạng chương trình cứng không có
khả năng nhận biết thông tin
Thế hệ 2 : thế hệ có kiểu điều khiển theo chu kì dạng chương trình mềm bước đầu đa
có khả năng nhận biết thông tin
Thế hệ 3 : thế hệ có kiểu điều khiển dạng tinh khôn ,có khả năng nhận biết thông tin
và bước đầu đã có một số chức năng lý trí của con người
Đối với tay máy công nghiệp đã có hơn 250 loại ,trong số đó có hơn 40% là loại tay
máy có kiểu điều khiển đơn giản thuộc thế hệ thứ nhất .
Sự xuất hiện của robot và sự gia tăng vai trò của chúng trong sản xuất và xã hội lồi
người làm xuất hiện một ngành khoa học mới là ngành robot học (Robotic) . trên thế giới ở
nhiều nước đã xuất hiện những viện nghiên cứu riêng về robot . Ở Việt Nam, từ những năm
giữa của thập kỷ 80 đã có viện nghiên cứu về robot .
3.2 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CHỨC NĂNG CỦA IR

Vậy robot là gì ? cho tới hiện nay chưa có một định nghĩa chính xác về robot, và cứ
hai năm một lần trên thế giới người ta lại tổ chức một hội nghị khoa học bàn về robot nhằm
thông tin những thành tựu đã đạt được trong nghiên cứu và chế tạo robot đồng thời thống
nhất các thuật ngữ về robotic. để hiểu được về IR, trước hết chúng ta quan sát sơ đồ cấu trúc
và chức năng của IR như sau:

Đồ án tốt nghiệp


Hình 3.1 : Sơ đồ cấu trúc và chức năng của robot
Trong sơ đồ trên các đường chỉ thị mối quan hệ thông tin thuận , thông tin chỉ
huy thực hiện nhiệm vụ cho robot. Các đường chỉ mối liên hệ thông tin ngược, thông

tin phản hồi về quá trình làm việc của robot.
Chức năng của bộ phận giao tiếp là liên lạc với người vận hành là thực hiện quá trình
“Dạy học “ cho robot, nhờ đó Robot biết được nhiệm vụ phải thực hiện.
Chức năng của hệ thống điều khiển là thực hiện việc tái hiện lại các hành động (nhiệm
vụ) đã được ‘học’.
Bộ phận chấp hành giúp cho Robot có đủ “sức”, tức chịu được tải trọng mà robot
phải chịu trong quá trình làm việc , bộ phận này bao gồm các bộ phận, phần 1 - bộ phận
truyền chuyển động - phần tạo các khả năng chuyển động cho robot và phần 2 - bộ phận
chịu lực - phần chịu lực của Robot .
Bộ phận cảm biến tín hiệu làm nhiệm vụ nhận biết, đo lường và biến đổi thông tin
các loại tín hiệu như: các nội tín trong bản thân Robot - đó là các tín hiệu về vị trí, vận tốc,
gia tốc trong từng thành phần của bộ phận chấp hành các ngoại tín hiệu - là các tín hiệu từ
môi trường bên ngồi có ảnh hưởng tới hoạt động của Robot .
Với cấu trúc và chức năng như trên Robot phần nào mang tính “người“ còn phần
máy chính là trạng thái vật lý của cấu trúc.
Với IR, tính chất người và ”máy” cũng được thể hiện đầy đủ như trên, duy chỉ hình
thức mang dáng dấp của tay “Người”.
3.3 CẤU TRÚC TỔÀNG QUÁT CỦA IR
Chúng ta hãy xem xét cấu trúc của một tay máy công nghiệp có sơ đồ ở hình 3.2.
Tay máy trên hình 3.2 có 6 bậc tự do với 6 trục chuyển động như sau:
1. Chuyển động quét của tay máy (chuyển động quay phải hay quay trái của thân người);
2. Chuyển động lên hay xuống theo chiều thẳng đứng (chuyễn động của khớp bả vai)

Người vận hành
Thiết bị liên lạc với
người vận hành
Hệ thống đều khiển
Hệ
thống
Truyền động

Hệ thống chịu lực
Hệ thống cảm biến tín
hiệu
Môi trường
Bên ngoài
Liênhệ ngược
Liên hệ nguợc
Đồ án tốt nghiệp
3. Chuyển động duổi ra hay co vào của cánh tay (chuyển động của khớp khuỷu tay)
4. Chuyển động lật lên xuống của bàn tay so với cổ tay;
5. Chuyển động quay ngược hay thuận chiều kim đồng hồ của bàn tay so với cổ tay.
So với chuyển động của tay người (không tính đến chuyển động của các ngón tay) có 10
bậc tự do (10 khả năng chuyển động độc lập) tay máy trên là loại có đủ khả năng nắm bắt
một vật bất kỳ trong không gian.
Tay máy công nghiệp thường có các bộ phận chính sau:
- Hệ thống điều khiển;
- Hệ thống chấp hành : Bao gồm Các nguồn động lực, hệ thống truyền động, hệ thống
chịu lực;
- Bàn kẹp :
Bàn kẹp là bộ phận công tác cuối cùng của tay máy ,nơi cầm nắm các thiết bị cộng
nghệ hay vật cần duy chuyển, bộ phận chấp hành _ phần kết cấu cơ khí của tay máy bao
gồm các loại động cơ như : các động cơ thủy lực, khí nén, cơ cấu servo điện tử, động cơ
bước mỗi chuyển động của IR thường có một động cơ riêng và các thanh chịu lực. Hệ thống
điều khiển - thường là loại đơn giản làm việc có chu kỳ vận hành theo nguyên lý của hệ
thống điều khiển hở hoặc kín.
Hình 3.2 : Mô hình hệ thống chấp hành tay máy công nghiệp

Đồ án tốt nghiệp
Phân loại tay máy theo cấu trúc sơ đồ động
Thông thường cấu trúc chấp hành của tay máy công nghiệp được mô hình hóa trong

dạng chuổi động với các khâu và khớp như trong nguyên lý máy với các giả thuyết cơ bản
như sau:
- Chỉ dùng các khớp động loại 5 (khớp quay, khớp tịnh tiến, khớp vít)
- Trục quay hướng tịnh tiến của các khớp thì song song hay vuông góc với nhau.
- Chuổi động là chuổi động hở, đơn giản.
Dưới đây là chuổi động của một tay máy công nghiệp tổng quát có 6 bậc tự do, các
khớp A, B, F là các khớp tổng quát có nghỉa là chúng có thể là khớp quay, cũng có thể là
khớp tịnh tiến, các khớp D, E, K chỉ là những khớp quay. Các khâu được đánh số bắt đầu từ
khâu 0 _ giá cố định , tiếp đến là các khâu 1, 2, …, n _ các khâu động _ khâu tổng quát
ký hiệu là khâu i, (i=0,1,2,…,n), khâu, khâu n cuối cùng là khâu mang bàn kẹp của tay máy.
Tương tự như tay người để bàn kẹp (bàn tay) làm việc được cần có ba loại chuyển
động, tương ứng với các chuyển động này là ba dạng cấu trúc của tay máy như sau:
Cấu trúc chuyển động tồn bộ (Chân người) cấu trúc này thực hiện chuyển động đem
tồn bộ tay máy (tay người) đến vị trí làm việc . Cấu trúc này hết sức đa dạng và thông
thường nếu không phải là tay máy hoạt động trong hệ thống mà chuyển động này cần có sự
kiểm sốt người ta thường coi tay máy là đứng yên khâu 0 gọi giá cố định của tay máy.
Cấu trúc xác định hàm kẹp bao gồm các khớp AB và F các khâu 1, 2 và 3, chuyển
động của cấu trúc này nhằm đem theo bàn kẹp tới vị trí làm việc .Do giả thiết về loại khớp
động dùng trong chế tạo máy thông thường ta có những phối hợp sau đây của các khớp và từ
đó tạo nên các cấu trúc xác định vị trí của bàn kẹp trong các không gian vị trí làm việc khác
nhau của bàn kẹp .
Phối hợp TTT nghĩa là 3 khớp đều là khớp tịnh tiến và một khớp quay. Đây là cấu
trúc hoạt động trong hệ tọa độ đề các so với các tọa độ S
0
vì điểm M nằm trên khâu 3 được
xác định bởi ba chuyển động tịnh tiến và một chuyển động quay (tức là hai tọa độ dài)
Phối hợp TRT, RTT hayTTR, nghĩa là một khớp tịnh tiến hai khớp quay (các cấu
trúc 2,3 và 4). Đây là là cấu trúc hoạt động trong hệ tọa độ trụ so với điểm S
0
vì để M trên

khâu 3 được xác định bở hai chuyển động tịnh tiến và một chuyển động quay (tức là hai tọa
độ dài một tọa độ gốc)
Phối hợp RTR, RRT hay TTR nghĩa là hai khớp tịnh tiến và hai khớp quay (các cấu
trúc 5, 6, 7, 8, 9 và 10). Đây là cấu trúc hoạt động trong hệ tọa độ cầu so với hệ S
0
, vì điểm
M trên khâu 3 được xác định bởi một chuyển động tịnh tiến và hai chuyển động quay (tức là
một tọa độ dài, hai tọa độ góc)
Phối hợp RRR nghĩa là ba khớp quay (các cấu trúc 11,12) đây là các cấu trúc họat
động trong hệ tọa độ góc so với hệ S
0
vì điểm M trên khâu 3 được xác định bởi ba chuyển
động quay (tức là ba tọa độ góc), cấu trúc này được gọi là cấu trúc phỏng sinh học.
Tuy nhiên trong thực tế, đối với các tay máy chuyên dùng hay chuyên môn hóa và đặc
biệt đảm bảo giá thành đầu tư vào tay máy thấp, người ta không nhất thiết lúc nào cũng phải
chế tạo tay máy có đủ số ba khớp động cho cấu trúc xác định vị trí.
3.4 GIỚI THIỆU ROBOT L2001:
ROBOT L2001 có 4 bậc tự do đều là khớp quay, sử dụng động cơ điện một chiều có
công suất cực đại 3W, số vòng quay của động cơ và chuyển động các khớp của tay máy
tay máy phụ thuộc vào điện áp đặt vào động cơ và có thể điều chỉnh vô cấp. Kết cấu bộ
truyền động cơ khí đơn giản thông qua bộ bánh răng giảm tốc 3 cấp, cấp thứ 3 là bộ trục
vít- bánh vít do đó khả năng tự hãm rất tốt khi làm việc.
Để xử lý công việc hãm chính xác và khử quán tính, tay máy được trang bị hệ thống
điều khiển bằng bộ vi xử lý, nó có chức năng điều khiển theo chương trình mềm do người
chế tạo lập sẵn. các chế độ hãm động cơ (hãm ngược) được tính tốn trước trong chương
trình nhằm bảo đảm tính chính xác cho cơ cấu khi có quán tính ứng với các giới hạn hành
trình của từng chương trình.

Đồ án tốt nghiệp
Các bộ phận an tồn giúp tay máy hoạt động tốt khi làm việc và ngay cả khi mất

điện,bộ nhớ sẽ lưu lại chương trình.
Bộ vi xử lý được lắp các cổng ra-vào để nối kết với các phần tử khác như băng tải,
các khớp xoay hoặc các dây chuyền sản xuất giúp mở rộng việc sử dụng. Bản thân bộ vi
xử lý có các bộ đếm, bộ định thời giúp xác định ca làm việc và số sản phẩm vận chuyển
được ứng với mỗi ca …
Các chuyển động của các khớp được giới hạn bởi cử hành trình.
Tay máy được ứng dụng trong các công việc như : cấp phôi cho máy bán tự động,
vận chuyển sản phẩm nhựa từ máy ép nhựa, phát hiện và loại bỏ phế phẩm trong dây
chuyền sản xuất …
Điều cần quan tâm ở đây của người nghiên cứu là giá thành sản xuất thấp, do đó
phù hợp với điều kiện nước ta hiện nay .
Mặc dù độ chính xác của tay máy chưa cao lắm, nhưng với yêu cầu công nghệ nhất
định nào đó tay máy có thể đáp ứng được.
Hình 3.3 : Sơ đồ mô hình ROBOT L2001
• Ghi chú :
1. Bàn kẹp 5. Khớp thân
2. Khớp cổ tay 6. Cổng kết nối với thiết bị điều khiển
3. Khớp khuỷu tay 7. Đèn hiển thị
4. Khớp cánh tay 8. Công tắc logic

Lưu đồ mô tả hoạt động của ROBOT L2001


2s


Kẹp chi tiết (2s)
Nâng 2 khớp : cánh tay- khuỷu tay
Quay đến vị trí làm việc đồng thời xoay cổ tay
theo chiều kim đồng hồ

Hạ cánh tay
Mở hàm kẹp
1.2
s
Nâng cánh tay
Xoay đế về vị trí đầu, xoay
nghịch cổ, hạ khuỷu và cánh tay
1
s
Đồ án tốt nghiệp
1.5s



Hình 3.4 : Sơ đồ mô tả hoạt động của ROBOT L2001
3.5 TRANG BỊ ĐIỆN TRONG ROBO l2001
3.5.1. Giới thiệu động cơ công tác:
Mạch động lực bao gồm 5 động cơ công tác, trong đó 4 động cơ tải 3W ,một động
cơ làm nhiệm vụ kẹp và mở, công suất 3,5 W khả năng chịu quá tải 2s  các động cơ được
đánh số từ 1 đến 5.
Động cơ 1 : đóng mở hàm kẹp.
Động cơ 2 : xoay thuận nghịch cổ tay.
Động cơ 3 : xoay thuận nghịch khớp khuỷu tay.
Động cơ 4 : xoay thuận nghịch khớp cánh tay.
Động cơ 5 : xoay thân đế (thân người).
Các động cơ 2, 3, 4, 5 được bố trí trên 4 khâu chuyển động và hình thành 4 bậc tự
do.
3.5.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ DC 3W
Các động cơ đều có chung nguyên lý hoạt động .
* Đặc điểm:

-Nguồn điện áp DC 5  9 V.
-Tốc độ thay đổi vô cấp 1200 4000 v/p.
-Cókhả năng mang tải ngay khi cấp nguồn điện.
* Phương pháp điều khiển động cơ.
- Dùng điện áp DC 5 9V.
- Cấp nguồn đúng chiều theo yêu cầu.
- Thay đổi chiều quay bằng cách hốn vị các cực .

M
M
Đồ án tốt nghiệp
- + + -


- + + -
Hình 3.5 : Phương pháp đảo chiều quay động cơ
Để làm được công việc trên , ở mạch điều khiển ta trang bị các cầu dao đảo hoặc rơle
điện từ .
Dựa theo nguyên lý trên khi ứng dụng lắp ráp ROBOT thì những chuyển động đảo
chiều đó sẽ đảo chiều được hành trình chuyển động của các khâu.
* Nguyên lý hãm ngược
+ Đối với động cơ một chiều thì công việc hãm ngược đơn giản hơn, giảû sử: khi
động cơ chạy theo chiều nào đó, có thể cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ.
+ Khi ngưng cấp nguồn đồng thời đưa nguồn điện khác ngược chiều với nguồn đang
hoạt động lập tức động cơ sẽ bị hãm cưỡng bức, lúc ấy lực từ sẽ có chiều ngược lạivà ta điều
chỉnh thời gian sao cho động cơ dừng hẳn thì thôi cấp nguồn
Về thời gian hãm ngược thì phụ thuộc vào người thiết kế chương trình điều khiển
* Tốc độ động cơ được điều chỉnh phụ thuộc vào điện áp nguồn đưa vào.
Biểu đồ biểu thị mối quan hệ giữa điện áp và tốc độ động cơ:
n

O u
Hình 3.6 : Giản đồ biểu thị mối quan hệ giữa điện áp và tốc độ động cơ
Qua giản đồ trên ta thấy tốc độ động cơ tỉ lệ thuận với điện áp nguồn cung cấp .
Để đảm bảo động cơ chạy ổn định khi thiết kế nên chọn bộ nguồn có điện áp tải 2
đến 3A.
3.5.3 CÁC CỔNG NỐI KẾT VÀ CÁC HỆ THỐNG HIỂN THỊ CỦA
ROBOT L2001
* Cổng kết nối:
Để đảm bảo tính độc lập của các khớp các động cơ được bố trí thành 10 cổng nối kết
riêng biệt
Do mỗi cặp Jắc nối được lắp với một động cơ.
Vì vậy ta có tất cả 5 cặp nối và được đánh số tư ø1-10.
Trình tự được sắp xếp như sau :
- 1,2 cho động cơ hàm kẹp
- 3,4 cho động cơ cổ tay
- 5,6 cho động cơ khuỷu tay
- 7,8 cho động cơ cánh tay
- 9,10 cho động cơ xoay chân đế

Đồ án tốt nghiệp
Do đó khi nối kết với với bên ngồi phải đảm bảo cách ly riêng biệt từng cặp như đã
đánh số ở trên
* Cơ cấu hiển thị.
Tay máy L2001 có các hệ thống hiển thị báo tín hiệu ngỏ vào và ngõ ra được lắp trên
vi xử lý.
Các tín hiệu thuận sẽ báo bằng đèn xanh, ngược lại sẽ báo bằng đèn đỏ.
3.6 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG BĂNG TẢI
Do cánh tay máy chỉ làm nhiệm vụ gắp chi tiết đến vị trí cố định, vì vậy để chuyển
sản phẩm đến một khâu khác đòi hỏi phải có hệ thống băng tải.

3.6.1 CẤU TẠO
Dây băng được lắp trên giá đỡ bằng nhôm phẳng nằm ngang, hai đầu lắp với 2 rơle
mụïc đích là tạo sự chuyển động. Chuyển động quay nhờ động cơ điện một chiều có công
suất 5W.
3.6.2 TRANG BỊ ĐIỆN CHO HỆ THỐNG BĂNG TẢI
- Băng tải được lắp với động cơ một chiều có công suất 5W
- Động cơ được điều khiển bởi một công tắc tơ
- Thông qua công tắc tơ dộng cơ tải được liên kết với động cơ thứ hai; động cơ này
có nhiệm vụ đưa chi tiết cần chuyển tải đến đúng vị trí quy định
- Đầu băng tải được lắp một công tắc dùng để xác định chi tiết được tải, bộ phận này
được kết nối đến vi xử lí để đém số chi tiết được vận chuyển.
3.6.3 NGUYÊN LÝ HỌAT ĐỘNG
Khi một chi tiết được đưa đến băng tải thì công tắc thứ nhất (công tắc thường hở) được
đóng lập tức băng tải được hoạt động, đồng thời một chi tiết khác được cơ cấu định vị
xếp đúng vị trí. Sau mỗi lần thực hiện một hành trình vi xử lí sẽ đếm số chi tiết. Khi cơ
cấu định vị đã xác định xong thì công tắc thứ hai (công tắc thường kín) được tác động
báo ngắt điện hệ thống sau đó công tắc này được đóng lại cấp điện cho hệ thống chuẩn
bị thực hiện hành trình kế tiếp.

Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 4

Đồ án tốt nghiệp
4.1 XÁC CẤU TRÚC MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Dựa vào yêu cầu về phần điều khiển của cánh tay máy làm cơ sở cho việc xác định
cấu trúc mạch.
Do đó vấn đề đầu tiên là phải nghiên cứu kỹ cấu tạo của tay máy,tiếp theo phải tìm
hiểu rõ yêu cầu để điều khiển cánh tay máy .Việc nghiên cứu này sẽ cho cái nhìn về cấu trúc
mạch điều khiển. Cân nhắc giữa cấu hình và yêu cầu điều khiển sẽ chọn cấu trúc mạch hợp
lí.

Sơ đồ khối của mạch điều khiển được trình bày ở hình 4.1

Đồ án tốt nghiệp
Sơ đồ khối của mạch điều khiển

Đồ án tốt nghiệp
4. 2 ĐỊNH NGHĨA CÁC CHÂN VI XỬ LÍ
Vi xử lí (microproccesser) là một thiết bị bán dẫn chứa các mạch logic điện tử đuộc
chế tạo theo công nghệ LSI hoặc VLSI. Vi xử lí có khả năng thực hiện các chức năng tính
tốn và tạo ra các quyết định làm thay đổi trình tự thi hành chương trình. vi xử lí là một thiết
bị logic lập trính đuợc, được thiết kế bằng các thanh ghi, các flip_flop và các phần tử định
thời. Vi xử lí có một tập lệnh được thiết kế bên trong,đễ xử lí dữ liệu và truyền thông với
các thiết bị ngoại vi. Có nhiều loại vi xử lí và cũng có nhiều hãng chế tạo vi xử lí (Intel,
Zilog, Motorola)
8085 là một bộ vi xử lí 8 bit do Intel sản xuất , đầu tiên vào năm 1977. Nó có khả
năng định địa chỉ cho bộ nhớ tới 64Kbyte. thiết bị này có 40 chân, dạng DIP, đòi hỏi nguồn
đơn +5v. Hình trình bày sơ đồ chân của bộ vi xử lí 8085. Tồn bộ các tín hiệu có thể được
phân thành 6 nhóm:
(1) Tuyến địa chỉ.
(2) Tuyến dữ liệu .
(3) Các tín hiệu trạng thái và điều khiển
(4) Nguồn cung cầp và các tín hiệu tần số
(5) Các ngắt và các tín hiệu khởi tạo ngoại vi
(6) Các cổng I/O nối tiếp

C ontrol
and
Status Signals
+5V
AD7

AD0
A15
A8
SID
SOD
TRAP
X1 X2
Vcc
Vss
INTR
READY
HOLD
8085
GND
RST 7.5
RST 6.5
RST 5.5
RESET IN
RESET
OUT
C LK
OUT
28
21
19
12
30
29
33
34

32
31
11
18
35
39
36
2121
1 2
5
4
6
7
8
9
10
40 20
ALE
S0
S1
IO/M
RD
WR
INTA
HLDA
High Outer
Address Bus
Multiplexed
Address/Data Bus
Serial

I/O
Ports
Interrupts
and
Externally
Initiated
Signals




Đồ án tốt nghiệp
Hình 4.2 : sơ đồ chân và các tín hiệu của 8085
 Tuyến địa chỉ
8085 có 8 đường tín hiệu, A
15
_A
8
là các tín hiệu một chiều, được sử dụng như tuyến
địa chỉ cao
 Tuyến dữ liệu / địa chỉ đa hợp
Các đường tín hiệu AD
7
–AD
0
là các đường hai chiều chúng phục vụ một mục đích
kép. Các đường này được sử dụng lúc thì như tuyến địa chỉ thấp khi thì như một tuyến dữ
liệu. Khi thi hành một lệnh, trong một phần đầu của chu kì, các đường này được sử dụng
như là tuyến địa chỉ thấp. Suốt phần còn lại của chu kì, các đường này được dùng như tuyến
dữ liệu. Điều này cũng được gọi là đa hợp tuyến (multiplexing the bus). Tuy nhiên, tuyến

địa chỉ thấp có thể được tách ra từ các tín hiệu này nhờ sử dụng một mạch chốt (latch)
 Các tín hiệu điều khiển và trạng thái

8085
C LK(OUT)
RESET(OUT)
A11
S0
AD6
22
INTA
Vss
AD2
3 HLDA
32
35
38
15
5
S1
AD5
21
24
18
7
RST5.5
IO/M
X2
RST7.5
AD1

13
10
9
8
SOD
INTR
WR
17
2 HOLD
28
30
39
11
4
AD4
29
31
37
40
6
1
READY
X1
AD0
19
A10
A12
A15
RD
SID

16
Vcc
36
14
RST6.5
20
23
26
A9
A14
ALE
AD7
25
A8
A13
TRAP
27
33
12
AD3
34
RESET IN
8085 Pinout




Đồ án tốt nghiệp
Nhóm các tín hiệu này bao gồm hai tín hiệu điều khiển (RD và WR), 3 tín hiệu trạng
thái (IO/M, S

1
và S
0
) để xác định lọai hoạt động, và một tín hiệu đặc biệt (ALE) để chỉ thị sự
bắt đầu của hoạt động.
∗ALE -Address latch enable: Cho phép chốt địa chỉ .Đây là một xung dương tác động
cạnh lên được phát ra mỗi lần 8085 bắt đầu một hoạt động (chu kì máy); nó chi thị rằng các
bit AD
7
-AD
0
là các bit địa chỉ. Tín hiệu này về cơ bản được sử dụng để chốt các địa chỉ thấp
từ tuyến đa hợp và cho ra một tập riêng biệt 8 đường địa chỉ AD
7
-

AD
0
.ALE là một tín hiệu
điều khiển
∗ RD - Read : Đọc đây là tín hiệu điều khiển đọc (tác dộng mức thấp). tín hiệu này chỉ thị
đọc I/O hặc bộ nhớ và dữ liệu có khả dụng trên tuyến dư liệu.
∗ WR -Write : Ghi đây là tín hiệu điều khiển ghi (tác động mức thấp). Tín hiệu này chỉ thị
rằng dữ liệu trên tuyến dữ kiệu được ghi vào một ô nhớ hoặc I/O đã chọn
∗ IO / M :Input –Output / Memory. Đây là tín hiệu trạng thái được sử dụng để phân biệt
giữa các hoạt độâng IO và bộ nhớù. Khi nó ở mức thấp,nó chỉ thị một hoạt động liên quan
đến bộ nhớ. Tín hiệu này được kết hợp với RD và WR để tạo ra các tín hiệu điều khiển I/O
và bộ nhớ.
∗ S
1

và S
0
: Status đây là các tín hiệu trang thái, tương tự IO/ M, có thể xác định các hoạt
động khác nhau ,nhưng chúng hiếm khi được sử dụng trong các hệ thống nhỏ.
Tồn bộ các hoạt động và cá tín hiệu trạng thái liên kết được liệt kê trong bảng 4.1
 Nguồn cung cấp và tần số xung đồng hồ
∗ Vcc : nguồn cung cấp +5V
∗ Vss : tham chiếu đất (mass )
∗ X
1
và X
2
: một thạch anh (hoặc mạng RC, LC ) được nối tại hai chân này
Mỗi chủng loại 8085 điều có tần số tối đa cho phếp đưa vào hai chân này
6MHZ : đối với 8085A
10MHZ : đối với 8085A-2
12MHZ : đối với 8085A-1
tần số đưa vaò từ X
1
,X
2
được chia 2 bên trong vi xử lí
∗ CLK (out) - Clock Output : ngõ ra xung đồng hồ .Cung cấp các tín hịêu xung đồng hồ
cho các thành phần khác thuộc hệ thống .Nó có cùng tần tần số với xung đồng hồ bên trong
vi xử lí .
Do đó :
fx
1
x
2

f
CLK
= 
2

Đồ án tốt nghiệp
Bảng 4.1: trạng thái chu kì máy và các tín hiệu điều khiển 8085
Trạng thái
Chu kỳ máy IO/M S
1
S
0
Các tín hiệu điều khiển
Tìm kiếm mã hoạt động 0 1 1 RD = 0
Đọc bộ nhớ 0 1 0 RD = 0
Ghi vào bộ nhớ 0 0 1 WR = 0
Đọc I/O 1 1 0 RD = 0
Ghi vào I/O 1 0 1 WR = 0
Yêu cầu ngắt 1 1 1 INTA = 0
Dừng Z 0 0
Treo Z X X RD , WR = Z
Đặt lại Z X X và INTA = 1

Z =Tổng trở cao (3 trạng thái : Tri –States)
X = Không xác định ( Don’t care )
 Các ngắt và các hoạt động Khởi tạo bên ngòai
Vi xử lí 8085 có năm tín hiệu ngắt có thể được sử dụng để ngắt một sự thi hành chương
trình. Vi xử lí trả lời một ngắt bằng tín hiệu INTA (Interrupt Acknowledge).
Ngòai các ngắt, ba chân –RESET, HOLD và READY- Tiếp nhận các tín hiệu khởi tạo
bên ngồi như là các ngõ vào.

Để đáp ứng yêu cầu HOLD, vi xử lí có một tín hiệu gọi là HLDA (Hold Acknowledge)
∗ RESET IN : Khi tín hiệu trên chân này xuống mức logic thấp,bộ đém chương trình được
đặt lại về không, các tuyến ở trạng thái tổng trở cao và vi xử lí bị đặt lại (reset)
∗ RESET OUT : Tín hiệu này chỉ thị rằng vi xử lí đang đặt lại.Tín hiệu này có thể được sử
dụng để đặt lại các thiết bị khác.
Các tín hiệu khác ,xem Bảng 4.2
Bảng 4.2 : Các ngắt và các tín hiệu khởi tạo bên ngồi 8085
• INTR (Vào ) : Interrupt Request
Tín hiệu này được sử dụng như là một bộ ngắt phổ dụng(general purpose interrupt), nó
tương tự với tín hiệu INT của 8085A
• INTA (Ra) : Interrupt Acknowledge
Tín hiệu này dùng để trả lời một ngắt
• RST 7.5 (Vào) : Restart Interrupt;
RST 6.5
RST 5.5
Đây là các ngắt có định hướng (vectored interrupt) và che được.Chúng có quyền ưu tiên ngắt
cao hơn INTR. Trong số ba ngắt này, thứ tự ưu tiên là RST 7.5,RST 6.5 và 5.5
TRAP (Vào)
Đây là một ngắt không che được và có quyền ưu tiên cao nhất
Lọai ngắt Ô nhớ để gọi ngắt
1. TRAP 0024