Thiết kế mô hình ROBOT ĐỊA HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỪ XA

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Giới thiệu chung
1.2 Các vấn đề đặt ra
1.3 Phương pháp nghiên cứu
1.4 Phạm vi giới hạn đề tài
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ROBOT ĐỊA HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỪ XA
2.1 Tổng quan về Mobile Robot
2.2 Tình hình nghiên cứu, chế tạo Mobile Robot trong nước và trên thế giới
2.3 Tổng quan về hệ thống truyền động
2.4 Tổng quan về hệ thống cơ khí
2.5 Tổng quan về hệ thống điều khiển
CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
3.1 Mô hình hóa hệ thống cơ khí
3.2 Mô hình hóa hệ thống điều khiển
3.3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Robot chiến trường của HV Kỹ thuật Quân Sự

1


Hình 2.2Robot chiến đấu, cứu hỏa của DDH Nguyễn Tất Thành
Hình 2.3 Robot Sojourner của NASA
Hình 2.4Robot Asendro
Hình 2.5 Irobot 510 Packbot
Hình 2.6 Robot Snake
Hình 2.7 Robot BRAT
Hình 2.8 Robot di chuyển bằng 2 cơ cấu bánh đai

Hình 2.9 Robot di chuyển bằng 6 cơ cấu bánh đai
Hình 2.10 Khả năng chuyển động Robot di chuyển bằng 6 cơ cấu bánh đai
Hình 2.11 Robot di chuyển bằng 4 cơ cấu bánh đai
Hình 2.12 Phân loại động cơ
Hình 2.13 Cảm biến khí gas MQ2
Hình 2.14 Cảm biến nhiệt độ LM35
Hình 2.15 Vi điều khiển ATmega32
Hình 2.17 Vi điều khiển PIC
Hình 2.18 Vi điều khiển hãng intel
Hình 2.19 Mạch giao tiếp vi điều khiển
Hình 3.1 Cơ cấu bánh đai
Hình 3.2 Hình chiếu bằng cơ cấu bánh đai
Hình 3.3 Hình chiếu cạnh của cơ cấu bánh đai
Hình 3.4 Mặt cắt ngang của cơ cấu bánh đai

2


Hình 3.5Mô hình robot được mô phỏng bằng phần mềm Solidwork
Hình 3.6 Mạch nguyên lý sử dụng cảm biến MQ2
Hình 3.7 Mạch nguyên lý sử dụng cảm biến LM35
Hình 3.8 IC PT2262 và sơ đồ chân
Hình 3.9 Mạch phát RF dùng IC PT2262
Hình 3.10 Mạch thu RF dùng IC PT2272
Hình 3.11 Khối nguồn
Hình 3.12 IC 7805
Hình 3.13 Tụ điện
Hình 3.14 LED
Hình 3.15 Sơ đồ chân IC L298
Hình 3.16 Mạch điều khiển động cơ

Hình 3.17 Sơ đồ khối mô hình điều khiển
Hình 3.18 Sơ đồ tổng quát chương trình điều khiển của robot
Hình 3.18 Sơ đồ tổng quát chương trình điều khiển của robot
Hình 4.1 Khối nguồn
Hình 4.2 Vi điều khiển 89s52
Hình 4.3 Moduule thu phát DRF7020D13
Hình 4.4 Bộ thu phát RF
Hình 4.5 Sơ đồ mạch nguyên lý mạch phát
Hình 4.6 Sơ đồ mạch nguyên lý thu

3


CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Giới thiệu chung
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống Cơ-Điện tử, robot vượt địa
hìnhngày một được hoàn thiện và càng cho thấy lợi ích của nó trong quân sự, trong
nghiên cứu. Nó có khả năng thăm dò những khu vực mà con người không đến được
thậm chí trong khám phá vũ trụ. Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật.
Cộng với nhu cầu con người ngày càng cao, tiềm năng ứng dụng của robot địa hình
càng rộng lớn. Có thể kể tới một vài ứng dụng của robot địa hình như:
-

Kiểm tra trong các môi trường nguy hiểm, khắc nhiệt những nơi nhiễm khí độc,

-

môitrường nước, các đường ống ngầm…
Dùng trong lĩnh vực quân sự, robot do thám…

Một ưu điểm khác của robot địa hình phải kể đến là tính linh hoạt và thích nghi
khi làm việc ở những vị trí và địa hình khác nhau, điều này mở ra cho robot
vượt địa hình có thêm nhiều ứng dụng mới.

1.2 Các vấn đề đặt ra
-

Vấn đề đầu tiên là robot địa hình điều khiển từ xa phải leo được cầu thang và

-

hoạt động linh hoạt ở địa hình gồ gề.
Từ yêu cầu về vượt địa hình phức tạp của robot, phải đưa ra thiết kế hệ thống

-

cơ khí phù hợp, mạch điều khiển phù hợp cho robot.
Vật liệu làm khung robot phải nhẹ nhưng cũng phải chịu được lục tác dụng lớn.
Robot di chuyển vượt địa hình nhấp nhô, và có khả năng leo dốc với góc

-

nghiêng lớn nhất là 30°, vận tốc lớn nhất có thể đạt được là 2m/s.
Kết cấu cơ khí của robot được chế tạo bằng thép có khả năng chịu lực tốt, đảm
bảo gọn nhẹ đẹp, bền, chắc.

1.3 Phương pháp nghiên cứu
Từ những nhiệm vụ đặt ra và thực tế bên ngoài , chúng em đã chọn những bước làm
cụ thể như sau:

4


-

Tích cực tra cứu thông tin, tìm tài liệu liên quan tới những gì phải dùng trong
đồ án qua mạng internet, qua những cuốn sách có liên quan. Tìm những đồ án,

-

công trình nghiên cứu liên quan tới robot địa hình.
Liên tục lên gặp thầy hướng dẫn để có những ý kiến đóng góp của thầy, sau khi

-

kết hợp với ý tưởng của nhóm để có một ý tưởng hoàn chỉnh.
Phân công công việc cho những thành viên ở trong nhóm, những vẫn có sự hỗ

-

trợ của những thành viên trong nhóm.
Thiết kế cơ khí, vẽ mạch điều khiển.

1.4 Phạm vi giới hạn đề tài
Những tồn tại của robot mà chúng em chưa làm được:
-

Robot chưa có cơ cấu nâng bánh trước và sau nên khả năng vượt được các địa
hình có độ nhấp nhô lớn, các vật cản có chiều cao lớn trên >50mm là hạn chế

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ ROBOT ĐỊA HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỪ XA
2.1 Tổng quan về Mobile Robot

5


Robot di động ( Mobile Robot ) là một loại máy tự động mà có khả năng di chuyển
trong một môi trường nhất định. Robot di động có khả năng di chuyển xung quanh
môi trường của chúng và không cố định với một môi trường vật lý nào. Robot di động
tập trung với số lượng lớn các nghiên cứu hiện nay và hầu hết các trường đại học lớn
đều có một hoặc nhiều phòng thí nghiệm để tập trung nghiên cứu robot này. Robot di
động cũng có trong công nghiệp, quân sự và bảo mật. Chúng cũng xuất hiện như
những sản phẩm dành cho nghành giải trí hoặc thực hiện những nhiệm vụ nhất định
trong cuộc sống hàng ngày như hút bụi hay cắt cỏ.... Mobile Robot được chia thành 2
loại: Theo môi trường và theo phương pháp di chuyển.
a) Phân loại theo môi trường mà chúng di chuyển:
- Robot ngoài trời và robot trong nhà. Thông thường, chúng được lắp bánh
xe, nhưng cũng có loại robot có chân (gồm 2 hoặc nhiều chân) như robot
-

hình người, robot hình dạng động vật hoặc côn trùng.
Robot trên không thường dùng các phương tiện trên không, phương tiện

-

không người lái.
Robot dưới nước dùng cho các phương tiện hoạt động dưới nước, chúng

hoạt động độc lập.

b) Phân loại theo phương pháp di chuyển:
- Robot có chân, chân giống người hay chân giống động vật.
- Robot có bánh xe.
- Robot di chuyển bằng bánh xích.
2.2 Tình hình nghiên cứu, chế tạo Mobile Robot trong nước và trên thế giới
Robot đã có những bước tiến đáng kể hơn nửa thế kỷ qua. Robot đầu tiên được ứng
dụng trong công nghiệp vào những năm 60 để thay thế con người làm các công việc
nặng nhọc, nguy hiểm trong môi trường độc hại. Ngày nay, ngoài ứng dụng trong chế
tạo máy thì các ứng dụng robot trong y tế, chăm sóc sức khỏe, nông nghiệp, đóng tàu,
xây dựng, an ninh quốc phòng và gia đình đang có nhu cầu gia tăng là động lực cho
các Mobile robot phát triển.
Trong nước hiện nay thì tình hình nghiên cứu, chế tạo mobile robot đang rất sôi
nổi. Ban đầu, việc nghiên cứu diễn ra tại các trường đại học rồi dần đến các công ty.
Mobile robot dần trở thành sản phẩm thương mại phục vụ trong nhiều lĩnh vực công
nghiệp, đời sống dân sinh đến an ninh quốc phòng với chủng loại đa dạng phong phú.
6


Mẫu robot chiến trường do học viện kỹ thuật quân sự chế tạo năm 2012 có trọng
lượng nhỏ hơn 120kg, với hệ thống cơ khí vững chắc, ổn định, di chuyển linh hoạt qua
các địa hình không bằng phẳng. Robot chiến trường được ứng dụng trong trinh sát,
chiếm lĩnh trận địa, chiến đấu bí mật, bất ngờ, tác chiến trên đường phố, chống bạo
loạn.

Hình 2.1 Robot chiến trường của HV Kỹ thuật Quân Sự

Hay mới đây là robot chiến đấu, cứu hỏa của ĐH Nguyễn Tất Thành. Robot được
ứng dụng với mục đích giám sát trong các nhà xưởng, khu công nghiệp…, tìm kiếm
người và vật trong môi trường phức tạp và nguy hiểm. Được thiết kế cụm súng với
chức năng mô phỏng việc bắn đạn tự động, có thể được phát triển thành cụm súng thật

để ứng dụng trong việc bảo vệ, tuần tra các khu vực an ninh phức tạp, tham gia giám
sát và chiến đấu trên chiến trường.Đặc biệt, với thiết kế có khả năng mang 02 vòi
nước cứu hỏa, robot hoàn toàn có thể thử nghiệm và phát triển để ứng dụng trong
công tác phòng cháy chữa cháy tại Việt Nam giúp giảm thiểu tai nạn có thể xảy ra cho
các chiến sĩ PCCC trong công tác cứu hộ.

7


Hình 2.2 Robot chiến đấu, cứu hỏa của DDH Nguyễn Tất Thành

Trên thế giới, từ lâu đã chế tạo ra các mobile robot thăm giò, thám hiểm ở những nơi
con người không có khả năng đến được như sao Hỏa, đáy biển... Người ta phải dùng
robot tự hành với cấu trúc đặc biệt. Ví dụ như Robot Sojourner được sử dụng trong
nhiệm vụ tìn kiếm sự sống trên sao hỏa năm 1997. Robot này hầu như hoàn toàn được
điều khiển từ xa từ trái đất. Tuy nhiên robot cũng có một số cảm biến được trang bị
giúp nó có thể di chuyển một cách khá độc lập.

Hình 2.3 Robot Sojourner của NASA

Hay Robot Asendro chỉ nặng 40kg, robot nhẹ cân này trông giống một chiếc xe
tăng. Với cánh tay của mình, thiết bị này có thể mở các cánh cửa và sử dụng cặp
mắt video của mình để do thám và điều tra các vị trí nguy hiểm mà con người
không tiếp cận được.

8


Hình 2.4 Robot Asendro

2.3 Tổng quan về hệ thống truyền động
2.3.1 Bánh xe
Chúng ta có thể chia bánh xe của robot thành 3 loại: Robot chuyển động bằng bánh
xích, Robot chuyển động bằng chân và Robot chuyển động bằng bánh xe.
a) Robot chuyển động bằng bánh xích
Loại robot này chuyển động bằng các bánh có lắp xích như xe tăng. Để đổi hướng, nó
thay đổi tốc độ quay của 2 bánh xích chủ động.
-

Ưu điểm: Phù hợp khi di chuyển trên các địa hình phức tạp.
Nhược điểm: Do chuyển động bằng bánh xích nên khi đổi hướng sẽ xảy ra hiện
tượng trượt do đó khó điều khiển chính xác. Một vấn đề nữa là loại robot này
rất dễ làm nóng bề mặt của nền, đặc biệt là khi chuyển hướng.

9


Hình 2.5 Irobot 510 Packbot

b) Robot chuyển động bằng bánh xe
Loại robot này dùng bánh xe để di chuyển, phần lớn mobile robot đều dùng bánh
xe để di chuyển.
-

Ưu điểm: Dễ điều khiển, ổn định và chuyển động nhanh hơn so với xích
Nhược điểm: Chỉ phù hợp với bề mặt nhẵn và cứng, với bề mặt mềm robot rất
dễ bị sa lầy.

Hình 2.6 Robot Snake

c) Robot chuyển động bằng chân
Mobile robot di chuyển bằng chân là loại robot có những chuyển động phức tạp bằng
cách rời rạc hóa việc tiếp xúc với mặt đất theo các điểm. Tùy thuộc vào số chân mà
người ta phân chia thành các loại robot một chân, hai chân (biped), bốn chân
(quadruped), sáu chân (hexaped) hoặc nhiều hơn.
-

Ưu điểm : Robot này có ưu thế trên các địa hình phức tạp, gồ ghề và không liên
tục. Đồng thời bằng cách thay đổi chiều dài hiệu dụng của các chân cho phù

-

hợp với môi trường nên robot di chuyển rất êm.
Nhược điểm : Loại robot này khó điều khiển và khó chế tạo

10


Hình 2.7 Robot BRAT

Robot địa hình đã có khá nhiều những nghiên cứu chế tạo ở nước ta nhưng hầu hết
đều tập trung ở mảng robot địa hình dùng bánh. Với mong muốn robot có thể thực
hiện được việc vượt qua nhiều dạng địa hình, từ bằng phẳng đến gập ghềnh nên nhóm
chúng em quyết định lựa chọn Robot địa hình dùng bánh xích vì đây là nhóm có khả
năng di động linh hoạt cao, có khả năng bám mọi địa hình, điều mà robot dùng bánh
rất khó thỏa mãn. Hơn thế nữa việc nghiên cứu chế tạo cũng sẽ không gặp quá nhiều
khó khăn phức tạp so với nhóm robot dùng chân, điều này phù hợp với hoàn cảnh chế
tạo thực tế và khả năng làm việc của nhóm.
Những điều nêu trên là lý do nhóm chúng em quyết định chọn Robot địa hình dùng
bánh xích.

2.3.2 Cơ cấu truyền động
Truyền động giữa các trục thông thường dùng các cơ cấu truyền là truyền động bằng
bánh răng, truyền động bằng xích, bằng đai, bằng vít, v.v.
Ở đây ta chỉ xét đến cơ cấu truyền động bằng bánh đai. Truyền động bằng bánh đai
dùng để truyền động giữa các trục, thông thường có kèm theo sự thay đổi về trị số và
chiều của momen hoặc vận tốc.
Ở trong phạm vi đồ án này chúng em sử dụng đai thay cho truyền động xích bởi
những lí do sau:
-

Do kích thước của robot nhỏ nên việc dùng xích là rất khó khăn vì khối lượng
xích rất nặng.

11


-

Việc chế tạo xích đạt yêu cầu là một công việc phức tạp tốn nhiều công sức
trong khi đó việc dùng đai tỏ ra ưu việt hơn. Vật liệu làm đai vốn mềm và có
khả năng ma sát tốt. Kết cấu robot đơn giản mà vẫn có hiệu quả cao. Khối
lượng theo đó sẽ giảm đáng kể

Việc lựa chọn đai cần đảm bảo các yêu cầu sau:
-

Đai có khả năng chuyền chuyển động tốt, hiệu quả, không xảy ra hiện tượng

-

trượt đai,dão đai trong quá trình hoạt động.
Hệ thống đai phải có mặt ngoài ma sát tương đối tốt, đảm bảo cho robot luôn
bám địa hình, đặc biệt trong địa hình gồ ghề đai phải tạo ma sát đủ lớn để robot
có thể vượt qua.

2.4 Tổng quan về hệ thống cơ khí
Các phương án di chuyển
Phương án 1.Robot di chuyển bằng 2 cơ bánh đai xích
-Chuyển động bởi robot được điều khiển bởi 4 động cơ: 2 động cơ bánh sau cần có
momen lớn và ổn định để cho robot di chuyển trên mọi địa hình. Chuyển động cơ cấu
tay nâng, kết cấu của tay nâng có thể nâng thân robot giúp cho robot di chuyển qua
những vật cản một cách dễ dàng.
- Chuyển động song phẳng ở hai bên robot, khi đi trên địa hình phẳng, robot di
chuyển bằng 4 bánh và đồng tốc độ. Khi di chuyển trên địa hình lồi lõm, nhờ cơ cấu
dẫn động bằng xích có gắn thêm đai giúp robot bám sát trên bề mặt địa hình.
- Hai cơ cấu bánh đai được gắn vào 2 bên , mỗi bánh dẫn động bởi mỗi động cơ
riêng, các động cơ truyền động này có thể gắn gián tiếp qua bộ truyền hoặc gắn trực
tiếp vào bánh đai để tạo chuyển động của Robot.

Hình 2.8 Robot di chuyển bằng 2 cơ cấu bánh đai

12


- Khi 2 cơ cấu bánh đai cần điều khiển cần rẽ trái hay phải thì 2 động cơ quay
ngược chiều nhau để 2 bánh đai chuyển động ngược chiều tạo ra chuyển động quay
qua trái hay qua phải. Phương án này là một đại diện cho kiểu Robot địa hình đơn
giản nhất.
Phương án 2: Robot di chuyển bằng 6 cơ cấu bánh đai xích
- Phương án thêm vào nhiều hơn các cơ cấu bánh đai sẽ làm tăng tính cơ động và linh

hoạt hơn cho Robot .

Hình 2.9 Robot di chuyển bằng 6 cơ cấu bánh đai

- Với phương án này thì có ưu điểm là các nhánh cơ cấu bánh đai làm kéo dài chiều
dài Robot, giúp dễ dàng vượt qua các khe nứt rộng và trèo lên các địa hình gập ghềnh,
tạo khả năng di chuyển cao .

Hình 2.10 Khả năng chuyển động Robot di chuyển bằng 6 cơ cấu bánh đai

- Song với việc thêm các nhánh bánh đai như vậy thì có nghĩa Robot có nhiều phần
chuyển động hơn, làm tăng độ phức tạp cho việc chế tạo và điều khiển. Đồng thời
kích thước của Robot tăng lên sẽ làm hạn chế khả năng xoay chuyển, hoạt động trong
các không gian hẹp
Phương án 3: Robot di chuyển bằng 4 cơ cấu bánhđai xích

13


Hình 2.11 Robot di chuyển bằng 4 cơ cấu bánh đai

Với phương án này, Robot vẫn đảm bảo được tính linh hoạt vượt qua các địa hình
phức tạp như phương án 2. Với kết cấu nhỏ gọn và đơn giản hơn, nó cũng góp phần
làm giảm mức độ phức tạp trong khâu chế tạo và điều khiển. Việc di chuyển bằng 4
cơ cấu bánh đai cũng có thể nâng hạ phần thân Robot lên xuống dễ dành, do đó nếu
đặt camera lên đó sẽ tạo điều kiện cho việc quan sát địa hình được thuận lợi hơn.
2.5 Tổng quan về hệ thống điều khiển
2.5.1 Động cơ
Phân loại động cơ:

Hình 2.12 Phân loại động cơ

Với robot địa hình điều khiển từ xa chúng ta chỉ đề cập đến Động cơ một chiều, Động
cơ bước và Động cơ servo.
-

Động cơ một chiều: Tốc độ nhanh, động cơ xoay vòng liên tục.Được sử
dụng cho các thiết kế cần phải có một thiết bị quay với tốc độ RPM, dễ điều
khiển.

14


-

Động cơ bước: Tốc độ chậm nhưng xác định chính xác hướng khi xoay, dễ
dàng thiết lập và kiểm soát.Ưu điểm vượt trội của động cơ bước là ở khả
năng kiểm soát vị trí chính xác. Trong trường hợp động cơ trợ lực yêu cầu
cần có một cơ chế xoay chiều và mạch dẫn trong việc xác lập định vị vị trí,
hướng hoạt động của động cơ, một động cơ bước hoàn hảo có thể kiểm soát
và giải quyết các yêu cầu này thông qua tính chất đặc trưng của mình khi
quay bởi các “bước” ngắt mạch thiết kế bên trong. Có mạch điều khiển
phức tạp.

-

Động cơ Servo: Nếu tải đặt vào động cơ tăng, bộ điều khiển sẽ tăng dòng
tới cuộn dây động cơ giúp tiếp tục quay. Tránh hiện tượng trượt bước như
trong động cơ bước. Có thể hoạt động ở tốc độ cao. Độ trùng khớp với lệnh
điều khiển kém, giá thành cao.

Từ những ưu nhược điểm trên chúng em quyết định sử dụng động cơ một chiều
DC cho đề tài là phù hợp.
2.5.2Cảm biến
Trường hợp robot làm việc, thám hiểm trong điều kiện môi trường độc hại cần sử
dụng 2 loại cảm biến là cảm biến khi gas và cảm biến nhiệt độ.
a) Cảm biến khí gas:

Hình 2.13 Cảm biến khí gas MQ2

- MQ2 là cảm biến khí, dùng để phát hiện các khí có thể gây cháy. Nó được cấu tạo từ
chất bán dẫn SnO2. Chất này có độ nhạy cảm thấp với không khí sạch. Nhưng khi

15


trong môi trường có chất ngây cháy, độdẫn của nó thay đổi ngay. Chính nhờ đặc điểm
này người ta thêm vào mạch đơn giản để biến đổi từ độ nhạy này sang điện áp.
- Khi môi trường sạch điện áp đầu ra của cảm biến thấp, giá trị điện áp đầu ra càng
tăng khi nồng độ khí gây cháy xung quang MQ2 càng cao.
- MQ2 hoạt động rất tốt trong môi trường khí hóa lỏng LPG, H2, và các chất khí gây
cháy khác.
 Với việc được trang bị cảm biến khí thì robot có thể được sử dụng để kiểm
tra môi trường trước khi con người có thể tiếp cận tránh gây nguy hiểm.
b) Cảm biến nhiệt độ:

Hình 2.14 Cảm biến nhiệt độ LM35

Cảm biến nhiệt độ LM35 là một loại cảm biến tương tự rất hay được ứng dụng trong
các ứng dụng đo nhiệt độ thời gian thực. Vì nó hoạt động khá chính xác với sai số

nhỏ, đồng thời với kích thước nhỏ và giá thành rẻ là một trong những ưu điểm của nó.
Vì đây là cảm biến tương tự (analog sensor) nên ta có thể dễ dàng đọc được giá trị của
nó bằng hàm analogRead().
 Với việc có sử dụng cảm biến nhiệt độ thì robot sẽ có thể kiểm tra chính xác
được môi trường để con người có thể tiếp cận tránh nguy hiểm. Ví dụ như
các đám cháy...
2.5.3 Mạch điều khiển
• Các vi điều khiển có thể dùng trong robot :
- Vi điều khiển AVR : Do hãng Atmel sản xuất được giới thiệu lần đầu năm
1996 AVR có rất nhiều dòng khác nhau bao gồm dòng Tiny AVR (như
AT13,AT Tiny 22…) có kích thước bộ nhớ nhỏ, ít bộ phận ngoại vi rồi đến
dòng AVR (chẳng hạn AT90S535, AT90S8515…) có kích thước bộ nhớ vào

16


loại trung bình và mạnh hơn dòng Mega ( như AT mega 32,ATmega128..) với
bộ nhớ kích thước vài kb đến vài trăm kb cùng với các bộ ngoại vi đa dạng
được tích hợp trên chip, cũng có dạng tích hợp cả bộ LCD trên chip( dòng
LCDAVR) tốc độ của dòng Mega cũng cao hơn so với dòng khác

Hình 2.15 Vi điều khiển ATmega32

-

Vi điều khiển PIC : Là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty
Microchip Technology. Dòng PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi
Microelectrnics Division thuộc General Instrument . PIC thực sự là một vi điều
khiển với kiến trúc RISC, chạy một lệnh một chu kỳ máy ( 4 chu kỳ của bộ dao
động). Ngày nay rất nhiều dòng PIC được xuất xưởng với hang loạt các module

ngoại vi tích hợp sẵn ( như USART,RWM, ADC…) với bộ nhớ chương trình
512 Word đến 32kWord.

Hình 2.15 Vi điều khiển PIC

-

Vi điều khiển intel : Vào năm 1971 tập đoàn Intel đã giới thiệu 8080, bộ vi xử
lí thành công đầu tiên, tiếp đó không lâu Motorola, RCA, MOS Technology và
Zilog cũng đã giới thiệu các bộ vi xử lí tương tự : 6800, 1801, 6502 và Z80.
Năm 1976 Intel giới thiệubộ vi điều khiển( Micro Controller) 8748, một chip
tương tự như các bộ vi xử lí và là chip đầu tiên trong họ vi điều khiển MCS-48.
8748 là một vi mạch chứa trên 17000 transistor bao gồm một CPU, 1K byte
EPROM, 64 byte RAM, 27 chân xuất nhập và một bộ định thời 8 bit Những bộ
vi xử lý dùng chung thường gặp như họ Intel x86 (8086, 80286, 80386, 80486,

17


Pentium..) hoặc họ 680x0 của Motorola (6800, 68010, 68020, 68030,
68040…). Những bộ vi xử lý này không có RAM, ROM và không có các port
I/O trên chip, do đố khi sử dụng thiết kế hệ thống phải bổ sung thêm RAM,
ROM, I/O và các bộ định thời (Timer/Counter) ngoài để cho chúng hoạt động
được

Hình 2.16 Vi điều khiển hãng intel

Với đề tài này chúng em sử dụng vi điều khiển 89C51
Mạch giao tiếp vi điều khiển:

Hình 2.17 Mạch giao tiếp vi điều khiển

Yêu cầu về điều khiển :
- Điều khiển tốc độ 4 động cơ: chạy tiến, chạy lùi, rẽ sang phải, rẽ sang trái, linh hoạt
trong các địa hình hiểm trở
- Nhận tín hiệu điều khiển từ bộ phát RF

18


CHƯƠNG 3
MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG

3.1 Mô hình hóa hệ thống cơ khí
3.1.1 Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống cơ khí
-

Kết cấu Robot được chế tạo bằng thép có khả năng chịu lực tốt, bền, chắc chắn,

-

không bị biến dạng .
Gọn nhẹ,chịu được ngoại lực tốt
Có tính thẩm mỹ....

3.1.2 Cấu hình của hệ thống cơ khí
Chuyển động Roobot được di chuyển bởi 4 cơ cấu bánh đai. Đảm bảo được tính linh
hoạt vượt qua các địa hình phức tạp. Với kết cấu nhỏ gọn, đơn giản cùng làm giảm
mức độ phức tạp trong khâu chế tạo và điều khiển. Việc di chuyển bằng 4 cơ cấu
bánh đai cũng có thể nâng hạ phần thân Robot lên xuống dễ dàng và việc đặt camera

lên đó sẽ tạo điều kiện cho việc quan sát.
• Cấu hình bánh đai :

19


Hình 3.1 Cơ cấu bánh đai

Trong đó:
1: Bánh đai
2: Đai ốc
3: Cơ cấu tăng đai
4: Dây đai
5:Thanh ngang
• Hinh chiếu bằng cơ cấu bánh đai :

Hình 3.2 Hình chiếu bằng cơ cấu bánh đai

• Hình chiếu cạnh của cơ cấu bánh đai:

20


Hình 3.3 Hình chiếu cạnh của cơ cấu bánh đai

• Mặt cắt ngang của cơ cấu bánh đai:

Hình 3.4 Mặt cắt ngang của cơ cấu bánh đai

• Mô hình Robot :

Hình 3.5 Mô hình robot được mô phỏng bằng phần mềm Solidwork

21


3.1.3 Giới hạn và không gian làm việc
-

Kích thước dự kiến của robot:

Dài: 400 mm
Rộng: 300 mm
Cao: 150 mm
-

Cơ cấu di chuyển là cơ cấu bánh đai.
Tốc độ di chuyển tối đa là VR = 0,3m/s.
Chiều cao của địa hình có thể vượt qua là h = 50mm.
Góc nghiêng địa hình tối đa so với mặt phẳng ngang mà Robot có thể leo lên

-

là α = 30

-

Có thể làm việc trong các môi trường độc hại, nhiễm phóng xạ
Robot chỉ hoạt động trên cạn

3.2 Mô hình hóa hệ thống điều khiển
3.2.1 Hệ thống cảm biến
a) Hệ thống cảm biến khí gas
Mạch này được thiết kế để phát hiện khí Gas từ 200PPM đến 10.000PPM. Khi nồng
độ khí Gas ở trong khu vực cao thì đầu OUT của mô-đun sẽ ra ở mức cao. Tín hiệu
này sẽ đến IC NE555, đây được coi như một máy phát tần tạo ra xung và chân Output
của IC được nối với bộ thu phát RF và gửi cảnh báo về cho người điều khiển.

22


Hình 3.6 Mạch nguyên lý sử dụng cảm biến MQ2

b) Hệ thống cảm biến nhiệt độ
Một số thông số chính của LM35:
Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp đầu ra
của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius. Chúng cũng không yêu cầu
cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh
Đặc điểm chính của cảm biến LM35
+ Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V
+ Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/oC
+ Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 C
+ Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải
Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -55 C - 150 C với các mức điện áp ra khác nhau.
Xét một số mức điện áp sau :
- Nhiệt độ -55 C điện áp đầu ra -550mV
- Nhiệt độ 25 C điện áp đầu ra 250mV
- Nhiệt độ 150 C điện áp đầu ra 1500mV
Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp. Đối với hệ thống
này thì đo từ 0 đến 150.

Tính toán nhiệt độ đầu ra của LM35.
Việc đo nhiệt độ sử dụng LM35 thông thường chúng ta sử dụng bằng cách
LM35 - > ADC - > Vi điều khiển

23


Hình 3.7 Mạch nguyên lý sử dụng cảm biến LM35

3.2.2 Hệ thống thu phát
Chúng ta có thể sử dụng Module thu phát DRF7020D13 hoặc ICgiải mã PT2272
và PT2262 để thu nhận sóng vô tuyến
- DRF7020D13 Đây là một module thu phát 2 chiều nhỏ gọn rất tiện dụng có thể
truyền dữ liệu với khoảng cách tối đa 700m. Truyền với khoảng cách xa như vậy khả
năng chống nhiễu của nó cực tốt
-DRF7020D13 là một loại thu phát tích hợp cao , tiêu thụ điện năng thấp dựa trên ic
ADF7020 RF. Đối với công nghệ mã hóa EDAC được sử dụng để đảm bảo việc
truyền nhân dữ liễu và khoảng cách xa hơn so với công nghẹ mã hóa thường.
Module này bình thường giao tiếp với máy tính thông qua cổng COM,nhưng như vậy
sẽ không tiện cho việc kết nối,do hiên nay có nhiều loại máy tính không có cổng
COM. Tuy nhiên,cổng COM sang USB để thuận lợi cho việc giao tiếp và điều khiển.
- PT2272 và PT2262làsản phẩm của Princeton Technology
PT2262 có 2 loại chính : loại có 8 địa chỉ mã hóa , 4 địa chỉ dữ liệu và loại có 6 địa
chỉ mã hóa và 6 địa chỉ dữ liệu
PT2272 có 8 địa chỉ giải mã và 4 dữ liệu đầu ra thường được kí hiệu: T2272 - L4
PT2272 có 6 địa chỉ giải mã và 6 giữ liệu ra kí hiệu : PT2272 - L6 .
Đối với robot địa hình điều khiển từ xa chúng ta sử dụng IC PT2272 và PT2262 để
thu nhận sóng vô tuyến là thích hợp .

Hình 3.8 IC PT2262 và sơ đồ chân

-

Mạch phát RFdùng IC mã hóa PT2262 :

24


Hình 3.9 Mạch phát RF dùng IC PT2262

-

Mạch thu sóngvô tuyến RFdùng ICgiải mã PT2272 :

Hình 3.10 Mạch thu RF dùng IC PT2272

Là một modul kép tích sẵn có nhiệm vụ thu và phát tín hiệu bằng sóng radio .
Một số đặc điểm của modul thu phát:
+ Hoạt động ổn định có khả năng chống nhiễu.
+ Modul có 2 khối.
+Khối phát tín hiệu, giao tiếp với máy tính thông qua cổng USB.

25