THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH VÀ MÔ PHỎNG ROBOT LÀM VIỆC TRONG NHÀ KÍNH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH VÀ MÔ PHỎNG ROBOT LÀM VIỆC
TRONG NHÀ KÍNH

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN ĐỨC TÀI
TRƯƠNG VĂN CƯỜNG
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2007-2011

Tháng 06 năm 2011


THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH VÀ MÔ PHỎNG
ROBOT LÀM VIỆC TRONG NHÀ KÍNH

TÁC GIẢ

NGUYỄN ĐỨC TÀI – TRƯƠNG VĂN CƯỜNG

Khóa luận tốt nghiệp được đệ trình đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ Điện Tử

Giáo viên hướng dẫn:
TS. NGUYỄN VĂN HÙNG - Th.S TƯỞNG PHƯỚC THỌ

Tháng 06 năm 2011

i


LỜI CẢM ƠN
Em xin trân trọng cảm ơn tất cả quý thầy cô ở trường Đại học Nông Lâm
TP.Hồ Chí Minh và quý Thầy Cô trong khoa Cơ Khí - Công Nghệ đã trang bị
cho em những kiến thức quý báu cũng như đã giúp đỡ em trong suốt quá trình
học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã giúp
đỡ em nhiệt tình trong thời gian thực hiện Đề tài.
Em cũng xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đối với thầy Nguyễn Văn Hùng
và thầy Tưởng Phước Thọ đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm
Luận văn tốt nghiệp.
Đặc biệt, em xin cảm ơn quý thầy cô trong hội đồng đã dành thời gian nhận
xét và góp ý để luận văn của em hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân cũng như bạn bè
đã động viên, ủng hộ và luôn tạo cho em mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá
trình hoàn thành luận văn.

Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày tháng 06 năm 2011
Sinh viên thực hiện

NGUYỄN ĐỨC TÀI – TRƯƠNG VĂN CƯỜNG

ii


TÓM TẮT
Từ lúc ra đời đến nay, Robot nhanh chóng và phát triển liên tục trong
ngành công nghiệp. Trong khoảng hai thập kỷ nay, Robot bắt đầu chiếm được chú

ý phát triển trong ngành nông nghiệp. Nhằm phục vụ trong sản xuất nông nghiệp
đặt biệt trong các nhà kính.
Với mục đích thiểu lao động thủ công trong nông nghiệp, tăng năng suất,
bảo vệ người nông dân khỏi những tác hại từ sản xuất nông nghiệp. Chúng tôi đã
tiến hành nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình Robot hoạt động trong nhà kính.
Mô hình được chế tạo thiết kế được hoạt động trong hệ trục toa độ Oxyz
được điều khiển bằng vi điều khiển và giao tiếp với máy tính.
Kết quả chúng tôi đã thiết kế được mô hình Robot 3 bật tự do, di chuyển
trên đường ray treo phía trên, có thể điều khiển bằng tay và tự động.
Đây là mô hình thiết kế Robot treo trên trần phục vụ trong nhà kính đầu
tiên ở nước ta nhằm phục vụ trong sản xuất công nghệ cao. Nó khắc phục khuyết
điểm về không gian làm việc của mô hình Robot phun thuốc sinh học (đường ray
đặt phía dưới).
Do thời gian thực hiện, cũng như mức độ rộng lớn của đề tài, nên dù đã cố
gắng hết sức nhưng phương án giải quyết bài toán của chúng em chắc chắn không
thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến
của quý thầy/cô và bạn bè để đề tài của em càng được hoàn thiện hơn.

iii


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................. ii
TÓM TẮT...................................................................................................................... iii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iv
DANH SÁCH CÁC CHỬ VIẾT TẮT ......................................................................... vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH .......................................................................................... viii
DANH SÁCH CÁC BẢNG .......................................................................................... ix
Chương 1 MỞ ĐẦU ........................................................................................................1

1.1.

Đặt vấn đề ..........................................................................................................1

1.2.

Mục đích ............................................................................................................2

Chương 2 TỔNG QUAN................................................................................................3
2.1.

Sơ lược robot ......................................................................................................3

2.2.

Bậc tự do của Robot ...........................................................................................3

2.3.

Hệ toạ độ ............................................................................................................4

2.4.

Cấu trúc cơ bản của robot ..................................................................................6

2.4.2.

Kết cấu của tay máy ....................................................................................7

2.4.3.

Vi điều khiển PIC 16F887...........................................................................8

2.4.4.

Giới thiệu về động cơ RC Servo ...............................................................11

2.4.5.

RC servo MG 995R ...................................................................................13

2.4.6.

Tổng quan về Matlab ................................................................................14

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................17
3.1.

Phương tiện thực hiện ......................................................................................17

3.1.1.

Thiết bị phần cứng ........................................................................................17

3.1.2.

Thiết bị phần mềm ........................................................................................17

3.2.

Phương pháp thực hiện ....................................................................................17

3.2.1.

Nghiên cứu lý thuyết .................................................................................17

3.2.2.

Bố trí phần cứng ........................................................................................18
iv


3.2.3.

Phương tiện thiết kế driver ........................................................................18

3.2.4.

Phần mềm điều khiển robot.......................................................................19

3.2.5.

Phần mềm mô phỏng robot .......................................................................19

4.1.

Tính toán thiết kế mô hình robot .........................................................................22

4.1.1.

Yêu cầu thiết kế ............................................................................................22

4.1.2.
4.2.

Tính toán động lực học tay máy ......................................................................24

4.2.1.

Tính toán thiết kế động học thuận .............................................................24

4.2.2.

Tính toán thiết kế động học ngược............................................................28

4.3.

Tính toán động lực học và quỹ đạo của robot..................................................29

4.3.1.

Tính toán thiết kế động học ngược............................................................29

4.3.2.

Tính toán quỹ đạo chuyển động của robot ................................................32

4.4.

Thiết kế truyền thông và mã hóa dữ liệu trong hệ thống .................................35

4.4.1.

Phương pháp truyền thông ........................................................................35

4.4.2.

Cổng giao tiếp USB to COM ....................................................................36

4.4.3.

Mã hóa dữ liệu...........................................................................................37

4.5.

Thiết kế phần mềm điều khiển .........................................................................38

4.5.1.

Yêu cầu thiết kế phần mềm .......................................................................38

4.5.2.

Chương trình phần mềm ...........................................................................39

4.5.3.

Xuất ra tập tin lưu trữ ................................................................................41

4.6.

Driver điều khiển .............................................................................................42

4.7.1.

Kết quả chế tạo ..........................................................................................44

4.7.2.

Kết quả khảo nghiệm sai số góc quay .......................................................46

4.7.3.

Kết quả khảo nghiệm điều khiển DC ........................................................48

4.8.

4.7.

Mô hình và cấu tạo của robot ....................................................................22

Thiết kê phần mềm mô phỏng hệ thống ..........................................................50

4.8.1.

Chương trình mô phỏng ............................................................................50

4.6.4.

Mô phỏng ở chế độ điều khiển bằng tay ...................................................51

4.6.5.

Mô phỏng điều khiển tự động ...................................................................52

Nhận xét về kết quả thiết kế, chế tạo và ý tưởng ................................................54
4.7.1.

Phần cơ khí ................................................................................................54
v


4.7.2.

Phần mạch điều khiển ...............................................................................54

4.7.3.

Phần mềm điều khiển ................................................................................54

4.7.4.

Phần mềm mô phỏng .................................................................................55

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..........................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................58
PHỤ LỤC ......................................................................................................................59
Phụ lục 1 Quy tắc động học thuận - Qui Tắc Denavit-Hartenberg ............................59
Phụ lục 2 Các sơ đồ mạch điện .................................................................................61
Phụ lục 3 một số đoạn code........................................................................................62

vi


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

 VB

–

Visual Basis

 CMOS

–

Complementary Metal-Oxide-Semiconductor.

 COM

–

Communications



MATLAB

–



RC

Radio controled



ProE –

Pro – Engineer



DH

Denavit-Hartenberg

–
–

Matrix Laboratory

vii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1:
Hình 2.2:

Hình 2.3:
Hình 2.4:
Hình 2.5:
Hình 2.6:
Hình 2.7:
Hình 2.8:
Hình 3.1:
Hình 3.2:
Hình 4.1:
Hình 4.2:
Hình 4.3:
Hình 4.4:
Hình 4.5:
Hình 4.6:
Hình 4.7:
Hình 4.8:
Hình 4.9:
Hình 4.10:
Hình 4.11:
Hình 4.12:
Hình 4.13:
Hình 4.14:
Hình 7.1:
Hình 7.2
Hình 7.3

Toạ độ suy rộng của Robot .........................................................................5
Qui tắc bàn tay phải.....................................................................................6
Cấu tạo tổng quát của Robot .......................................................................6
Sơ đồ khối vi điều khiển PIC 16F887 (nguồn Microchip) .......................10

Cấu trúc bên trong của RC servo ..............................................................12
Tín hiệu điều khiển động cơ RC ...............................................................13
RC servo MR 995R ...................................................................................14
Giao diện Matlab .......................................................................................15
Sơ đồ khối của Robot ................................................................................19
Sơ đồ khối liên kết Pro E và Matlab .........................................................20
Mô hình robot ............................................................................................23
Hệ trục tọa độ của robot ............................................................................25
Đồ thị đặc tính quỹ đạo .............................................................................34
Mô hình truyền thông nối tiếp...................................................................35
Sơ đồ khối giao tiếp USB to COM ...........................................................36
Giải thuật truyền dữ liệu ...........................................................................38
Giao diện chính của phần mềm .................................................................41
Sơ đồ các chức năng của phần mềm .........................................................40
Sơ đồ khối điều khiển động cơ DC ...........................................................42
Không gian làm việc của cánh tay robot ...............................................45
Sơ đồ bộ xác định vị trí bằng công tắc hành trình .................................48
Biểu đồ thời gian trạng thái “1” .............................................................50
Giao diện mô phỏng Robot ....................................................................50
Giải thuật mô phỏng chạy tọa độ điểm ..................................................53
Biểu diển trục DH ....................................................................................60
Sơ đồ mạch Driver RC ..............................................................................61
Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn ....................................................................62

viii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 4.1:

Bảng 4.2:
Bảng 4.3:
Bảng 4.4:
Bảng 4.5:
Bảng 4.6:
Bảng 4.7:
Bảng 4.8:
Bảng 4.9:
Bảng 4.10:

Bảng thông số của robot ............................................................................24
Bảng DH tổng quát....................................................................................25
Bảng DH của cánh tay robot .....................................................................27
Bảng trạng thái điều khiển động cơ DC ....................................................43
Bảng kết quả đo góc quay 1 ......................................................................46
Bảng kết quả đo góc quay 2 ......................................................................47
Bảng kết quả đo góc quay 3 ......................................................................47
Bảng kết quả khảo nghiệm DC (đơn vị thời gian (s)) ...............................48
Bảng thời gian trạng thái ở mức “0” .........................................................49
Bảng thời gian trang thái ở mức “1” .....................................................49

ix


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Mặc dù sự ra đời của ngành nông nghiệp rất lâu nhưng lực lượng
chính trong sản xuất nông nghiệp vẫn là lao động thủ công. Trong những
thập niên gần đây việc chế tạo và phát triển robot phục vụ trong nông nghiệp

bắt đầu được chú trọng. Các robot phục vụ trong nông nghiệp ra đời nhằm
tạo ra sự phát triển nhảy vọt trong sản xuất nông nghiệp công nghệ cao.
Việt Nam với tiềm năng nông nghiệp lớn cũng đang bắt đầu chuyển
sang các mô hình sản xuất nông nghiệp khép kín. Sự ra đời của các khu
nông nghiệp công nghệ cao trong 10 năm trở lại đây như ở Hà Nội, Hải
Phòng, Lâm Đồng, đặc biệt là tại thành phố Hồ Chí Minh hình thành dự án
đầu tư xây dựng khu nông nghiệp công nghệ cao đa chức năng, với quy mô
gần 90ha để nghiên cứu công nghệ, trình diễn công nghệ và chuyển giao
công nghệ trong lĩnh vực trồng trọt, chăn nuôi – thú y và thủy sản. Nó đòi
hỏi sự phát triển của lĩnh vực cơ điện tử trong nông nghiệp cần phải phát
triển để đáp ứng được nhu cầu trong nước. Vì hiện nay các dây chuyền sản
xuất công nghệ hầu như được nhập từ nước ngoài.
Robot sẽ di chuyển trượt trên đường ray phía trên để thực hiện các thao
tác như phun thuốc, hái trái… tùy thuộc vào đầu công tác ta lắp vào. Robot

Trang 1


có 4 bậc tự do bao gồm 3 bậc tự do của cánh tay và bậc tự do của khớp
trượt.
Dựa trên ý tưởng đó chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu chế tạo cánh
tay robot hoạt động trong nhà kính.
1.2. Mục đích
Mục đích của đề tài là nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, mô phỏng mô hình
robot trong nhà kính. Tuy nhiên do thời gian hạn chế nên chúng tôi chỉ thực
hiện một số nội dung cơ bản sau:
-

Thiết kế chế tạo mô hình robot trong nhà kính di chuyển theo
tọa độ đã định trước.

-

Mô phỏng mô hình robot trên Matlab.

Trang 2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Sơ lược robot
Robot là một máy tự động, được đặt cố định hoặc di động được, liên kết
giữa một tay máy và một hệ thống điều khiển theo chương trình, có thể lập trình
lại để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất.
Có thể nói Robot là một máy tự động linh hoạt thay thế từng phần hoặc
toàn bộ các hoạt động cơ bắp và hoạt động trí tuệ của con người trong nhiều khả
năng thích nghi khác nhau.
Robot có khả năng thay đổi chương trình linh hoạt trên nhiều trục chuyển
động, biểu thị cho số bậc tự do của chúng. Robot được trang bị những bàn tay
máy hoặc các cơ cấu chấp hành, giải quyết những nhiệm vụ xác định trong các
quá trình công nghệ: hoặc trực tiếp tham gia thực hiện các nguyên công (sơn,
hàn, phun phủ, rót kim loại vào khuôn đúc, lắp ráp máy . . .) hoặc phục vụ các
quá trình công nghệ (tháo lắp chi tiết gia công, dao cụ, đồ gá . . .) với những thao
tác cầm nắm, vận chuyển và trao đổi các đối tượng với các trạm công nghệ, trong
một hệ thống máy tự động linh hoạt, được gọi là “Hệ thống tự động linh hoạt
Robot hoá” cho phép thích ứng nhanh và thao tác đơn giản khi nhiệm vụ sản xuất
thay đổi.
2.2. Bậc tự do của Robot

Trang 3

Bậc tự do là số khả năng chuyển động của một cơ cấu (chuyển động quay
hoặc tịnh tiến). Để dịch chuyển được một vật thể trong không gian, cơ cấu chấp
hành của Robot phải đạt được một số bậc tự do. Nói chung cơ hệ của Robot là
một cơ cấu hở, do đó bậc tự do của nó có thể tính theo công thức :

Trong đó:
n - Số khâu động;
pi - Số khớp loại i (i = 1,2,. . .,5: Số bậc tự do bị hạn chế).
Đối với các cơ cấu có các khâu được nối với nhau bằng khớp quay hoặc
tịnh tiến (khớp động loại 5) thì số bậc tự do bằng với số khâu động. Đối với cơ
cấu hở, số bậc tự do bằng tổng số bậc tự do của các khớp động.
Để định vị và định hướng khâu chấp hành cuối một cách tuỳ ý trong
không gian 3 chiều Robot cần có 6 bậc tự do, trong đó 3 bậc tự do để định vị và 3
bậc tự do để định hướng.
Một số công việc đơn giản nâng hạ, sắp xếp ... có thể yêu cầu số bậc tự do
ít hơn. Các robot hàn, sơn... thường yêu cầu 6 bậc tự do. Trong một số trường
hợp cần sự khéo léo, linh hoạt hoặc khi cần phải tối ưu hoá quỹ đạo, ... người ta
dùng Robot với số bậc tự do lớn hơn 6.
2.3. Hệ toạ độ
Mỗi Robot thường bao gồm nhiều khâu liên kết với nhau qua các khớp,
tạo thành một xích động học xuất phát từ một khâu cơ bản đứng yên. Hệ toạ độ
gắn với khâu cơ bản gọi là hệ toạ độ cơ bản (hay hệ toạ độ chuẩn). Các hệ toạ độ
trung gian khác gắn với các khâu động gọi là hệ toạ độ suy rộng. Trong từng thời
điểm hoạt động, các toạ độ suy rộng xác định cấu hình của robot bằng các

Trang 4

chuyển dịch dài hoặc các chuyển dịch góc cuả các khớp tịnh tiến hoặc khớp quay
(như hình 2.1). Các toạ độ suy rộng còn được gọi là biến khớp.

Hình 2.1: Toạ độ suy rộng của Robot
Các hệ toạ độ gắn trên các khâu của Robot phải tuân theo qui tắc bàn tay
phải: Dùng tay phải, nắm hai ngón tay út và áp út vào lòng bàn tay, xoè 3 ngón:
cái, trỏ và giữa theo 3 phương vuông góc nhau, nếu chọn ngón cái là phương và
chiều của trục z, thì ngón trỏ chỉ phương, chiều của trục x và ngón giữa sẽ biểu
thị phương, chiều của trục y (hình 2.2).
Trong Robot ta thường dùng chữ O và chỉ số n để chỉ hệ toạ độ gắn trên
khâu thứ n. Như vậy hệ toạ độ cơ bản (Hệ toạ độ gắn với khâu cố định) sẽ được
ký hiệu là O0; hệ toạ độ gắn trên các khâu trung gian tương ứng sẽ là O1, O2,...,
On-1, hệ toạ độ gắn trên khâu chấp hành cuối ký hiệu là On.

Trang 5


Hình 2.2: Qui tắc bàn tay phải
2.4. Cấu trúc cơ bản của robot
2.4.1. Các thành phần chính của ROBOT
Một Robot thường bao gồm các thành phần chính như: cánh tay Robot,
nguồn động lực, dụng cụ gắn lên khâu chấp hành cuối, các cảm biến, bộ điều
khiển, bộ điều khiển bằng tay (tech pendan), máy tính ... các phần mềm lập trình
cũng nên được coi là một thành phần của hệ thống Robot. Mối quan hệ giữa các
thành phần trong Robot như hình 2.3.
Nguồn động lực là các động cơ điện (một chiều hoặc động cơ bước), các
hệ thống xy lanh khí nén, thuỷ lực để tạo động lực cho tay máy hoạt động. Dụng
cụ thao tác được gắn trên khâu cuối của Robot, dụng cụ của Robot có thể có
nhiều kiểu khác nhau như: dạng bàn tay để nắm bắt đối tượng hoặc các công cụ
làm việc như mỏ hàn, đá mài, đầu phun sơn ...

Hình 2.3: Cấu tạo tổng quát của Robot

Trang 6


Bộ tech pendant thường dùng để điều khiển Robot bằng tay và có thể lập
trình cho các hoạt động đơn giản của Robot .
Các phần mềm để lập trình và các chương trình điều khiển Robot được cài
đặt trên máy tính, dùng điều khiển Robot thông qua bộ điều khiển. Bộ điều khiển
còn được gọi là mođun điều khiển, nó thường được kết nối với máy tính. Một
mođun điều khiển có thể còn có các cổng vào - ra để làm việc với nhiều thiết bị
khác nhau như các cảm biến giúp Robot nhận biết trạng thái của bản thân, xác
định vị trí của đối tượng làm việc hoặc các dò tìm khác; điều khiển các băng tải
hoặc cơ cấu cấp phôi hoạt động phối hợp với Robot.
2.4.2. Kết cấu của tay máy
Như đã nói trên, tay máy là thành phần quan trọng, nó quyết định khả
năng làm việc của Robot. Các kết cấu của nhiều tay máy được phỏng theo cấu
tạo và chức năng của tay người; tuy nhiên ngày nay, tay máy được thiết kế rất đa
dạng, nhiều cánh tay Robot có hình dáng rất khác xa cánh tay người. Trong thiết
kế và sử dụng tay máy, chúng ta cần quan tâm đến các thông số hình - động học,
là những thông số liên quan đến khả năng làm việc của Robot như: Tầm với (hay
trường công tác), số bậc tự do (thể hiện sự khéo léo linh hoạt của Robot), độ
cứng vững, tải trọng vật nâng, lực kẹp . . .
Các khâu của Robot thường thực hiện hai chuyển động cơ bản :
• Chuyển động tịnh tiến theo hướng x, y, z trong không gian Descarde,
thông thường tạo nên các hình khối, các chuyển động này thường ký hiệu là T
hoặc P.
• Chuyển động quay quanh các trục x, y, z ký hiệu là R.
Tuỳ thuộc vào số khâu và sự tổ hợp các chuyển động (R và T) mà tay máy

có các kết cấu khác nhau với vùng làm việc khác nhau. Các kết cấu thường gặp

Trang 7


của Robot là robot kiểu toạ độ Đề các, toạ độ trụ, toạ độ cầu, Robot kiểu
SCARA, hệ toạ độ góc (phỏng sinh) ...

2.4.3. Vi điều khiển PIC 16F887
Những tính năng chính
- ROM : 128 kbytes.
- SRAM: 368bytes.
- EEPROM : 256bytes.
- 35 ngõ I/O.
- 160 thanh ghi vào ra mở rộng.
- 2 bộ định thời 8 bit.
- 1bộ định thời 16 bit.
- Bộ dao động nội RC tần số 31kHz, 125kHz, 250kHz, 500kHz, 1MHz, 2
MHz, 4 MHz, 8 MHz.
- ADC 14 kênh với độ phân giải 10 bit.
- 2 kênh PWM 8 bit.
- Chế độ chụp 16 bit. Với 4 mode khác nhau.
- Chế độ so sánh 16 bit.
- Bộ so sánh tương tự có thể lựa chọn ngõ vào.
- Một khối USART lập trình được. Chuẩn giao tiếp RS - 232, RS - 485.
- Khối truyền nhận nối tiếp SPI.

Trang 8

- Khối truyền nhận nối tiếp I2C.
- Khối giao tiếp nối tiếp 2 dãy TWI.
- Lựa chọn tần số hoạt động bằng phần mềm.

Trang 9


Hình 2.4: Sơ đồ khối vi điều khiển PIC 16F887 (nguồn Microchip)

Trang 10


- Có 24 chế độ ngắt.
- Tần số tối đa 40 MHz.
- Điện thế : 4.5v - 5.5v.
2.4.4. Giới thiệu về động cơ RC Servo
2.4.4.1.

Cấu tạo của RC

RC servo là một loại động cơ điện đặc biệt có khả năng quay cơ cấu
chấp hành tới một vị trí chính xác và giữ cứng tại vị trí đó ngay cả khi cơ cấu
chấp hành bị đẩy trở lại. Dải góc quay chuẩn của đầu trục ra thường là là 90
và 180 độ.
Có nhiều cách phân loại servo:
Phân loại về nguồn cấp: có servo 1 chiều, servo xoay chiều 1 pha,
servo xoay chiều 3 pha.
Phân loại về vật liệu làm hộp giảm tốc có: bằng composit, kim loại,
hợp kim.
Về phương pháp điều khiển, servo có hai loại cơ bản: analog và

digital. Bề ngoài thì không có gì khác nhau và về cơ bản, các phần bên trong
cũng không phân biệt nhiều ngoại trừ một vài phần điện tử, digital servo có
một bộ vi xử lý.
Các thành phần chính:
-

Động cơ 1 chiều (motor).

-

Biến trở (potentiometer).

-

Hộp giảm tốc (gear box).

-

Mạch điều khiển (electronic board).

-

Vỏ (cover).

-

Dây tín hiệu (signal wire).

Trang 11

Hình 2.5: Cấu trúc bên trong của RC servo
2.4.4.2.

Động cơ RC servo controlling. (RC điều khiển bằng cơ

cấu phụ)
Động cơ RC servo contronlling trong các mô hình phát thanh kiểm
soát ( ô tô,máy bay,…) rất hữu ích trong các thí nghiệm chế tạo robot cở nhỏ
bởi vì chúng có kích thước nhỏ gọn và không quá đắt, (khoảng 20 USD).
Chính những động cơ, hộp số, vị trí cơ chế phản hồivà kiểm soát điện từ.
Động cơ servo được điều khiển để có thể di chuyển đến bất kỳ vi trí
nào, đơn giản chỉ cần sử dụng xung điều khiển.
Để điều khiển động cơ servo hoặt động cần có 3 dây:
+ Một dây tín hiệu ngõ vào ( màu vàng hoặc màu trắng ).
+ Một dây nguồn ( hoạt động tốt trong điều kiện 5V). Quy ước màu
đỏ.

Trang 12


+ Một dây nối đất màu đen.
Với những loại servo khác màu sắc có thể thay đổi.
2.4.4.3.

Tín Hiệu Điều Khiển.

Động cơ servo được điều khiển bằng mạch điều khiển. mạch điều
khiển bằng xung vuông có độ rộng 1ms ->2ms, tần số 40 -> 60 Hz.

Hình 2.6: Tín hiệu điều khiển động cơ RC
Để điều khiển servo quay theo các góc cố định thì chip điều khiển
phải phát xung với độ rộng từ 1ms đến 2ms. Hình 2.6 là mô tả về tín hiệu
điều khiển này: 1ms ứng với góc quay nhỏ nhất -900 và 2ms ứng với góc
quay lớn nhất của servo 900 nên góc quay ở giữa 00 ứng với độ rộng xung là
1,5 ms.
2.4.5. RC servo MG 995R
Các thông số
- Góc quay giới hạn 140o.
- Tần số 40 đến 60Hz.
- Nguồn sử dụng 4.8 đến 7.2V.
- Momen 10kg/cm (hoạt động ở mức 4.8V), 12kg/cm (hoạt động ở
mức 6V).
- Trọng lượng 55g.

Trang 13


- Tốc độ 0.23s/60o (hoạt động ở mức 4.8V), 0.2s/60o ( hoạt động ở
mức 6V).
- Kích thước 40,7 x 19,7 x 42.9mm ( dài x rộng x cao ).
- Hãng sản xuất Tower Pro.

Hình 2.7: RC servo MR 995R
2.4.6. Tổng quan về Matlab
2.4.6.1.

Khái niệm Matlab

Matlab – Matrix Laboratory là chương trình phần mềm do tập đoàn

MathWorks phát triển, trợ giúp cho việc lập trình tính toán có hỗ trợ giao diện
cực mạnh, có thể chạy trên hầu hết các hệ máy tính từ máy tính cá nhân đến các
hệ máy tính lớn (supercomputer).
Phần tử cơ bản trong Matlab là mảng và ma trận. Các câu lệnh của
Matlab được viết tương tự như cách mô tả các tính toán kỹ thuật bằng công thức
toán học, vì thế viết chương trình bằng ngôn ngữ Matlab nhanh hơn và đơn giản
hơn so với các ngôn ngữ cấp cao khác như Pascal, C, C++, Fortran. Đồng thời ở
một mức nào đó, Matlab còn cho phép người sử dụng có thể truy xuất và làm

Trang 14


việc trực tiếp với các ngôn ngữ C, C++ hoặc Fortran. Điều này đem lại sự thuận
lợi cho người sử dụng Matlab
2.4.6.2.

Giao diện Matlab

Sau khi cài đặt xong chương trình Matlab 7.3, nhấp chuột vào biểu tượng
để khởi động chương trình. Lúc đó, chương trình sẽ xuất hiện một cửa sổ
chia làm 3 phần:
o Cửa sổ Command Window: là cửa sổ giao tiếp chính của Matlab. Tất
cả công việc tính toán, lập trình, sử dụng các hàm dựng sẵn trong thư
viện hoặc các hàm tự tạo đều được làm việc trên cửa sổ này.
o Cửa sổ Workspace: là cửa sổ thể hiện các biến đang sử dụng trong quá
trình sử dụng, dưới dạng mảng (array), cấu trúc (struct), v.v… tùy
theo tính chất của biến. Cửa sổ sẽ tự động xóa toàn bộ dữ liệu bên
trong nó sau mỗi lần tắt chương trình.
o Cửa sổ Command History: là cửa sổ lưu lại tất cả các dòng lệnh được
gõ vào trên cửa sổ Command Window và cho phép thực hiện các lệnh

đó một lần nữa bằng cách nhấp đôi chuột vào dòng lệnh trên cửa sổ
này. Sau mỗi lần tắt máy, cửa sổ này vẫn không mất dữ liệu bên trong
nó.

Hình 2.8: Giao diện Matlab

Trang 15