THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT GẮP TRỨNG

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY
ROBOT GẮP TRỨNG

Họ và tên sinh viên: TRẦN VĂN PHÁT
Ngành : ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Niên khóa : 2005-2009

Tháng 8 /2009


THIẾT KẾ VÀ ĐIỂU KHIỂN TAY MÁY GẮP TRỨNG

Tác giả

TRẦN VĂN PHÁT

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành
Điều khiển tự động

Giảng viên hướng dẫn
Th.S LÊ VĂN BẠN

Tháng 08 năm 2009
i

LỜI CẢM ƠN
Luận văn đã đúc kết quá trình học tập trong những năm dưới mái trường đại học
,để đạt được kết quả như ngày hôm nay ngoài sự phấn đấu của bản thân em còn là công
sinh thành , dưỡng dục của cha mẹ , sự dạy dỗ của thấy cô và sự quan tâm giúp đỡ của
bạn bè.
Em xin dâng lên cha mẹ, thầy cô, bạn bè và những người thân yêu nhất với tấm lòng
thành kính và tri ân sâu sắc.
Nhân dịp này em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường Đại Học Nông
Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh nói chung , và các thầy cô trong bộ môn Điều Khiển Tự
Động nói riêng đã truyền đạt kiến thức cho em trong suất thời gian học tập tại trường. Đặc
biệt em xin cảm ơn thầy Lê Văn Bạn đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện cho em
hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.

TP.HCM ngày 30/7/2009
Sinh viên thực hiện

Trần Văn Phát

ii


TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu “ Thiết kế và điều khiển cánh tay robot gắp trứng ” được tiến hành
tại trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh , thời gian bắt đầu từ ngày 28
tháng 4 năm 2009 đến ngày 30 tháng 7 năm 2009. Đề tài thực hiện gồm có thiết kế mô
hình tay máy, gia công cơ khí các chi tiết của cánh tay rorot. Thiết kế và thi công mạch
điện điều khiển và mạch công suất. Xây dựng thuật toán điều khiển cho robot và viết
chương trình điều khiển.
Kết quả thu được:

- Thiết kế và chế tạo thành công mô hình cánh tay robot SCARA 4 bậc tự do, tầm với
xa nhất 400 mm.
- Chế tạo và gia công mạch điều khiển và mạch điện công suất hoạt động tốt
- Xây đựng thuật toán điều khiển và viết chương trình điều khiển cho cánh tay robot
chyển động lấy trứng nhiều vị trí.

iii


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa ---------------------------------------------------------------------------------------------- i
Lời cảm ơn ------------------------------------------------------------------------------------------ ii
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp ------------------------------------------------------------------------- iii
Mục lục ------------------------------------------------------------------------------------------- iv-v
Danh sách bảng------------------------------------------------------------------------------------- vi
Danh sách hình -------------------------------------------------------------------------------------vii
Chương 1 : MỞ ĐẦU ------------------------------------------------------------------------------ 1
1.1 Đặt vấn đề -------------------------------------------------------------------------------- 1
1.2Tầm quan trọng của đề tài và lý do chọn đề tài -------------------------------------- 1
1.2.1. Tầm quan trọng của đề tài ----------------------------------------------------- 1
1.2.2. Lý do chọn đề tài ---------------------------------------------------------------- 1
1.3. Giới hạn đề tài ------------------------------------------------------------------------- 2
Chương 2. TỔNG QUAN ------------------------------------------------------------------------ 3
2.1. Tổng quan về robot ------------------------------------------------------------------ 3
2.1.1. Lý thuyết cơ bản về robot ----------------------------------------------------- 3
2.1.2. Hệ tọa độ robot ------------------------------------------------------------------ 6
2.1.3. Trường công tác robot --------------------------------------------------------- 7
2.2. Động cơ bước -------------------------------------------------------------------------- 7
2.2.1 Giới thiệu động cơ bước-------------------------------------------------------- 7

2.2.2 Điều khiển động cơ bước 5 phase --------------------------------------------- 7
2.3. Encoder --------------------------------------------------------------------------------- 9
2.4. Tra cứu các linh kiện điện tử--------------------------------------------------------11
2.4.1. Mosfet : IRF 540 ---------------------------------------------------------------11
2.4.2. Mosfet : IRF 9540 -------------------------------------------------------------12
2.4.3. IC 7808 --------------------------------------------------------------------------12
2.5. Tìm hiểu về vi đều khiển atmega 32 -----------------------------------------------13
iv


2.6 Tìm hiểu phần mềm mềm lập trình BASCOM-AVR ---------------------------15
Chương 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN--------------------------------------- .16
3.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu đề tài.------------------------------------------16
3.1.1 Địa điểm tiến hành đề tài ------------------------------------------------------16
3.3.1 Phân bố thời gian tiến hành làm đề tài---------------------------------------16
3.2 . Đồi tượng và thiết bị nghiên cứu. -------------------------------------------------16
3.2.1. Đối tượng nghiên cứu ---------------------------------------------------------16
3.2.2. Thiết bị nghiên cứu ------------------------------------------------------------16
3.3. Phương pháp thực hiện đề tài -------------------------------------------------------16
3.3.1. Chọn phương pháp thiết kế cánh tay robot ---------------------------------16
3.3.2. Phương pháp thực hiện phần cơ khí -----------------------------------------17
3.3.3. Phương phá thực hiện phần điện tử------------------------------------------18
3.3.4. Phương pháp thực hiện phần mềm ------------------------------------------18
Chương 4. THỰC HIỆN ĐỀ TÀI –KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ---------------------19
4.1. Thiết kế máy--------------------------------------------------------------------------19
4.1.1. Các thông số quan tâm khi thiết kế Robot----------------------------------19
4.1.2 Chọn mô hình máy -------------------------------------------------------------19
4.2. Thực hiện phần cơ khí .--------------------------------------------------------------23
4.3 Phân tích cơ cấu tay máy. -----------------------------------------------------------28
4.2.1 Các thông số so cấu robot -----------------------------------------------------28

4.3.2 Trường làm việc của robot ----------------------------------------------------29
4.3.3 Hệ tọa độ robot-----------------------------------------------------------------30
4.4. Thực hiện phần điện tự --------------------------------------------------------------32
4.4.1. Sơ đồ khối mạch điện tổng quát chung -------------------------------------32
4.4.2. Mạch nguồn: -------------------------------------------------------------------33
4.4.3. Thiết kế mạch nút nhấn và công tác hành trình: ---------------------------34
4.4.4 Thiết kế mạch điều khiển ------------------------------------------------------35
4.4.5. Thiết kế mạch công suất điều khiển động cơ DC, van xi lanh, cuộn hút37
4.4.6 Thiết kế mạch điều khiển động cơ bước 5 phase. --------------------------38
v


4.5. Thực hiện phần mềm. ----------------------------------------------------------------41
4.5.1 Lưu đồ giải thuật cho vi điều khiển chính-----------------------------------41
4.5.2. Lưu đồ giải thuật cho vi điều khiển động cơ DC --------------------------43
4.5.3 Lưu đồ giải thuật điều khiển động cơ bước ---------------------------------47
4.6. Kết quả và thảo luận -----------------------------------------------------------------53
4.6.1 Kết quả --------------------------------------------------------------------------44
4.6.2. Thảo luận------------------------------------------------------------------------54
Chương 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ -------------------------------------------------------55
5.1. Kết luận --------------------------------------------------------------------------------55
5.2. Đề nghị --------------------------------------------------------------------------------55
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

vi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang

Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của một Robot -------------------------------------------------------- 4
Hình 2.2 Robot kiểu tọa dộ Đề Các -------------------------------------------------------------- 5
Hình 2.3 Robot kiểu tọa độ trụ -------------------------------------------------------------------- 5
Hình 2.4 Robot kiểu tọa độ cầu ------------------------------------------------------------------- 5
Hình 2.5 Robot kiểu tọa độ góc. ------------------------------------------------------------------ 5
Hình 2.6 Robot kiểu SCARA --------------------------------------------------------------------- 6
Hình 2.7 Hệ tọa độ robot. a.Các tọa độ suy rộng của robot, b.Quy tắc bàn tay phải.------ 6
Hình 2.8 Trường làm việc của robot ------------------------------------------------------------- 7
Hình 2.9 Sơ đồ đấu dây động cơ bước

------------------------------------------------------------ 7

Hình 2.10 Sơ đồ kích phase điều khiển động cơ bước 5 phase chế độ full stepping ------ 8
Hình 2.11 Sơ đồ kích phase điều khiển động cơ bước 5 phase chế độ haft stepping ------ 8
Hình 2.12 Hình dáng và cấu tạo encoder. ------------------------------------------------------- 9
Hình 2.13 Cấu tạo encoder ------------------------------------------------------------------------ 9
Hình 2.14 Giản đồ xung ra của encoder loai incremental ------------------------------------10
Hình 2.15 Nguyên lý làm việc của encoder incremental -------------------------------------11
Hình 2.16 Sơ đồ chân linh kiện IRF 540 -------------------------------------------------------11
Hình 2.17 Sơ đồ chân linh kiện IRF 9540 ------------------------------------------------------12
Hình 2.18 Sơ đồ chân linh kiện IC 7808--------------------------------------------------------12
Hình 2.19 Sơ đồ chân vi điều khiển atmega 32 -----------------------------------------------14
Hình 2.20 Mà hình giao diện làm việc Bascom- AVR---------------------------------------15
Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc cơ bản tay máy gắp trứng--------------------------------------------17
Hình 4.1 Cấu tạo nguyên lý cơ bản của tay máy gắp trứng ----------------------------------21
Hình 4.2 Sơ đồ khối hoạt động cánh tay robot-------------------------------------------------22
Hình 4.3 Sơ đồ cơ khí chung của tay máy. -----------------------------------------------------23
Hình 4.4 Cấu tạo khâu cơ bản cánh tay robot. -------------------------------------------------24
vii

Hình 4.5 Cấu tạo khâu bắp tay -------------------------------------------------------------------25
Hình 4.6 Cấu tạo khâu cánh tay------------------------------------------------------------------26
Hình 4.7 Cấu tạo khâu cổ tay, bàn tay và ngón tay--------------------------------------------27
Hình 4.8 Mô hình Robot gắp trứng SCARA 4 bậc tự do đã chế tạo. -----------------------28
Hình 4.9 Trường làm việc robot theo hình chiếu bằng---------------------------------------29
Hình 4.10 Trường làm việc robot theo hình chiếu đứng--------------------------------------30
Hình 4.11 Biểu diễn các vétor tọa độ cánh tay robot------------------------------------------30
Hình 4.12 Hệ tọa độ gắn trên tay máy SCARA ( RR) ------------------------------------------- 31
Hình 4.13 Sơ đồ khối mạch điện chung chung -------------------------------------------------33

Hình 4.14 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 5V ---------------------------------------------------33
Hình 4.15 Mạch nút nhấn -------------------------------------------------------------------------34
Hình 4.16 Mạch nguyên lý điều khiển ----------------------------------------------------------36
Hình 4.10 Mạch công suất điều khiền động cơ DC, van xilanh, cuộn hút. ----------------37
Hình 4.11 Mạch nguyên lý điều khiển động cơ bước 5 phase ---------------------------39-40

viii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1 Các thông số Mosfet IRF 540:--------------------------------------------------------11
Bảng 2.2 Các thông số Mosfet IRF 9540 -------------------------------------------------------12
Bảng 4.1 Thông số Qui Tắc Denavit-Hartenberg cho tay máy RRTR ---------------------31
Bảng 4.2 Thông số Denavit-Hartenberg cho tay máy RR -----------------------------------31
Bảng 4.4.Bảng kết quả đo ------------------------------------------------------------------------50

ix

Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Thế giới luôn vận động và phát triển không ngừng. Ngày nay, với các cuộc cách mạng
khoa học kỹ thuật, những phát minh thì khoa học kỹ thuật đã có những bước tiến vượt bậc
với nhiều lĩnh vực khác nhau .
Lĩnh vực điều khiển tự động cũng phát triển rất mạnh mẽ và đã đạt được nhiều thành
tựu to lớn .Ngày càng đóng góp quan trong trong sự phát triển chung của nhân loại. Trong
đó đặc biệt là Robot , Robot không ngừng phát triển, hoàn thiện và mở rộng các ứng
dụng, hổ trợ bổ xung cho các lĩnh vực khác như công nghiệp, nông nghiệp, y khoa, vũ trụ
,đảm nhận công việc sinh hoạt gia đình,…Bởi vì nó đưa năng suất lao động lên mức cao
nhất, độ chính xác cao, thay thế con người trong công việc nặng nhọc nguy hiểm,… Sự
phát triển Robot đã mang lại hiệu quả cao cho hầu hết các ngành , lĩnh vực khác nhau.
Trong nông nghiệp và công nghiệp robot cũng đã có ứng dụng đáng kể và mang lại giá trị
, hiệu quả cao, như giúp tăng năng suất, giảm sức lao động con người…
1.2. Tầm quan trọng của đề tài và lý do chọn đề tài
1.2.1. Tầm quan trọng của đề tài.
Nước ta hiện nay là một nước nông nghiệp, dựa vào sản phẩm nông nghiệp là chính.
Nhưng việc chế biến thành sản phẩm phẩm nông nghiệp thành sản phẩm chất lượng cao
còn hạn chế, năng suất lao động còn thấp, công nghiệp có sự phát triển nhưng chưa tương
xứng với sự phát triển chung thế giới. Việt nam trong giai đoan hiện nay đang từng bước
tiếp cận với việc nghiên cứu, chế tạo các robot phục vụ sản xuất và sinh hoạt.Với những
tính năng vượt trội trong việc ứng dụng Robot vì vậy chúng ta cần phải thúc đẩy hơn nữa
việc nghiên cứu ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau đặc biệt là nông nghiệp.

1


1.2.2. Lý do chọn đề tài

Là bước đệm quan trọng cho sau này có thể tiếp cận với lĩnh vực tự động hóa nói
chung và Robot nói riêng. Hướng ứng dụng tự động hóa để đáp ứng những yêu cầu của
thực tế sau: Đảm bảo tiêu chuẩn về vệ sinh trong chế biến thực phẩm, thay thế con người
trong công việc phân loại sản phẩm đơn điệu nhàn chán số lượng lớn .Với yêu cầu cần
khâu cấp trứng, khâu đóng hộp trong dây truyền sản xuất trứng sạch, phân loại màu trứng
và phân loại khối lượng trứng sinh viên thực đã chọn đề tài “ THIẾT

KẾ

VÀ

ĐIỀU

KHIỂN TAY MÀY GẮP TRỨNG ”.
1.3. Giới hạn đề tài
Do điều kiện và thời gian có hạn nên người thực hiện chỉ tập trung vào những vấn đề
sau:
- Nghiên cứu , tìm hiểu cấu trúc, những tính năng và ứng dụng Robot.
- Nghiên cứu chức năng và cách điều khiển vi điều khiển AVR , cụ thể với Atmega32
- Tìm hiểu phần mềm BascomAVR.
- Tìm hiểu các linh kiện điện tử
- Thiết kế và chế tạo cánh tay robot đơn giản
- Mạch điều khiển AVR, truyền thông dữ liệu nối tiếp giữa vi điều khiển với nhau.
- Mạch công suất điều khiển đông cơ DC và động cơ bước 5 phase
- Điều khiển chuyển động của Robot với các vị trí khác nhau.
Ngoài ra trong thời gian ngắn phải tập trung vào làm phần cơ khí và giới hạn về chi phí
nên đề tài còn nhiều hạn chế ..

2

Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Tổng quan về robot
2.1.1. Lý thuyết cơ bản về Robot:
a. Khái niệm khâu:
Khâu là một hay một số chi tiết liên kết cứng với nhau tạo thành một bộ phận có
chuyển động tương đối so với các bộ phận khác trong cơ cấu hay máy.
b. Khái niệm khớp :
Khớp là mối nối động giữa hai khâu liền nhau để hạn chế một phần chuyển động tương
đối giữa chúng.
c. Bậc tự do của robot.
- Bậc tự do của robot là thông số độc lập cần thiết để xác định vị trí của robot. Đồng thời
cũng chính là số lượng tham số tự do hay khả năng di chuyển của cơ cấu ( chuyển động
quay hoặc chuyển động tịnh tiến).
- Công thức tính bậc tự do:
5

W= 6.n- (∑ ipi − Rtr − Rth ) − Wth
i =1

Trong đó :
W : số tự do tương đối của tất cả các khâu trong cơ cấu để rời so với giá. ( phụ
thuộc vào
n : số khâu của robot
Pi : Số khớp loại i( Với i là số ràng buộc của khớp đó)
Rtr :

Số ràng buộc trùng, có thể tồn tại ở các khớp đóng kín một chuỗi động học
cơ cấu nếu có.

Rth : Số ràng buộc thừa, Wth: Số bậc tự do thừa.
3


d. Cấu trúc của một hệ thống Robot
Môi trường tác
động: Lực,
moment, nhiệt
độ, áp suất,…

Phần công tác
Truyền động cơ
khí
Cơ cấu chấp hành

Hệ thống
cảm
biến,camera
giám sát môi
trường.

Cảm biến
giám sát
trạng thái hệ
thống

Hệ thống điều
khiển
Điều khiển

tự động

Điều khiển
bằng tay

Giao diện người điều khiển và Robot
Hình 2.1 : Cấu trúc cơ bản của một Robot
- Hệ thống cảm biến: gồm các sensor và thiết bị chuyển đổi tín hiệu khác. Các robot cần
hệ thống sensor trong để nhận biết trạng thái của bản thân các cơ cấu của robot và các
sensor ngoài để nhận biết trạng thái của môi trường.
- Cơ cấu chấp hành: tạo chuyển động cho các khâu của tay máy. Nguồn động lực của các
cơ cấu chấp hành là động cơ các loại: Điện, thuỷ lực, khí nén hoặc kết hợp giữa chúng với
nhau.
- Hệ thống điều khiển: (controller) hiện nay thường là hệ thống điều khiển số có máy tính
để giám sát và điều khiển hoạt động của robot.
e. Kết cấu tay máy.
Tay máy được phỏng theo cấu tạo và chức năng của tay người.Tuy nhiên ngày nay còn
được thiết kế đa dạng dể phù hợp với nhiều yêu cầu ứng dụng đa dạng. Khi thiết kế kết
cấu của cánh tay robot phải quan tâm đến các thông số hình học và động học như trường
công tác, bậc tự do, độ cứng vững, tải trọng vật nâng, lực kẹp , Sự khéo léo, là khả năng
định vị và định hướng phần công tác trong vùng làm việc …
4


Tay máy được kết cấu từ các khâu. Mỗi khâu thường thực hiện hai chuyển động cơ bản
sau :
- Chuyển động tịnh tiến theo phương x,y,z trong không gian tọa độ Descade .
Kí hiệu : T
- Chuyển động quay quanh các trục x,y,z
Kí hiệu : R

* Một số loại kết cấu tay máy:
- Tay máy kiểu tọa độ Đề Các : Gồm 3
chuyển động tịnh tiến cơ bản theo
phương của 3 trục tọa độ Đề Các. Cấu
hình T.T.T
+ Đặc điểm : Do sự đơn giản về kết cấu
nên độ cứng vững cao, dễ bảo đảm cơ
khí chình xác nhưng ít khéo léo vì vậy

Hinh 2.2. Robot kiểu tọa dộ Đề Các

thường được ứng dụng trong vận chuyển phôi liệu,
lắp ráp, hàn trong mặt phẳng…
- Robot kiểu tọa độ trụ:Vùng làm việc có dạng hình trụ
rỗng. Ví dụ robot 3 bậc tự do cấu hình R.T.T .
+ Đặc điểm : Độ cứng vững cơ học của tay máy trụ tốt,
thích hợp với tải nặng nhưng độ chính xác định
vị góc trong mặt phẳng nằm ngang giảm khi tầm với tăng.
Hình 2.3 . Robot kiểu tọa độ trụ
- Robot kiểu tọa độ cầu: Vùng làm việc có dạng hình cầu
+ Đặc điểm: có vùng làm việc rộng và đa dạng hơn nhưng
độ cứng vửng kém hơn kiểu tọa độ Đề Các và trụ, và độ
chính xác định vị phụ thuộc vào tầm với.Ví dụ robot 3 bậc tự
do kiểu R.R.
Hình 2.4. Robot kiểu tọa độ cầu
5


- Robot kiểu tọa độ góc: Với 3 chuyển động đầu là
chuyển động quay, tất cả các khâu nằm trên mặt phẳng

thẳng đứng.
+ Đặc điểm : Có vùng làm việc lớn so với kích cỡ robot ,
độ linh hoạt cao, vì vậy được ứng dụng nhiều.
Hinh 2 .5. Robot kiểu tọa độ góc.
- Robot kiểu SCARA : Với 3 khớp đầu tiên có cấu hình
R.R.T , các trục khớp đều theo phương thẳng đứng .
+ Đặc điểm : Kết cấu này làm tay máy cứng vững hơn
theo phương thẳng đứng nhưng kém cứng vững theo
phương được chọn là phương ngang. Loại này chuyên
dùng cho công việc lắp ráp với tải trọng nhỏ theo
phương đứng Vùng làm việc của Scara là một phần của
hình trụ rỗng.Có khả năng mềm dẻo nên thường dùng để
lắp ráp, vận chuyển…

Hình 2.6. Robot kiểu SCARA

2.1.2 Hệ tọa độ robot.
- Mỗi robot 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 tọa độ gắn với khâu cơ bản gộ là hệ tọa
độ chuẩn, các tọa độ trung gian khác gắn với các khâu động gọi là tọa độ suy rộng.
- Các hệ tọa độ gắn trên các khâu tuân theo quy tắc bàn tay phải như hình 2.8 b

a)

b)

Hình 2.7 Hệ tọa độ robot. a)Các tọa độ suy rộng của robot, b)Quy tắc bàn tay phải.
6

2.1.3 Trường công tác robot ( không gian làm việc của robot).
Khái niệm: Là toàn bộ thể tích
được quết bởi khâu chấp hành
cuối khi robot thực hiện tất cả các
chuyển động có thể. Nó phụ thuộc
vào thông sô hình học của robot
cũng như ràng buộc cơ học của
các khớp. Người ta thường dùng 2
hình chiếu để mô tả trườncông tác
của robot.
Hình 2.8. Trường làm việc của robot
2.2. ENCODER :
- Encoder là : là Cảm biến xác định vị trí dự trên số xung mà encoder phát ra. Độ phân
giải của encoder phụ thuộc vào số vạch chia trên một vòng đĩa .

Hình 2.12. Cấu tạo và hình dáng bên ngoài của encoder.
- Cấu tạo : Bao gồm một đĩa plastic hoặc thủy tinh quay giữa một hoặc nhiều nguồn
phát sáng (led) và một hoặc nhiều photo – transistor nhận quang.
Đĩa được mã hóa với các phần hình quạt sáng và tối xen kẽ nhau để xung có thể tạo ra
khi quay đĩa.
7


Đĩa code

Track

Trục của encoder

Tín hiệu số xuất ra

1 hoặc nhiều bộ phát quang
(LED)

Các bộ nhận quang
(photo-transistor)

Hình 2.13 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của encoder
- Phân loại: Gồm có loại Incremental Encoder và Absolute Encoder.
Loại incremental encoder :
Xung xuất ra được đếm để cung cấp vị trí quay của encoder. Mỗi incremental step sẽ
xuất ra một xung tương ứng.
A

Kênh A

B

Kênh B

Z
Hình 2.14 Giản đồ xung ra của encoder loai incremental
Dùng xung A và B để nhận biết chiều quay của encoder.Nếu xung A lên “1’’ trước xung
B, encoder đang chạy chiều thuận và ngược lại xung Z lên “1” khi encoder đã quay giáp 1
vòng.

8


Hình 2.15 Nguyên lý làm

việc của encoder

Giới thiệu Encoder sử dụng trong đề tài này là encoder loại incremental . Absolute
Encoder sử dụng tốt hơn do có thể nhận biết vị trí ngay cả khi mất điện hay xê dịch.
Nhưng cấu tạo phức tạp nên giá thành cao. Điện áp nguồn led 5V.Số vạch chia trên một
vòng là : 240 P/R.
2.2. Động cơ bước
2.2.1. Giới thiệu động cơ bước
Động cơ bước thường là động cơ đồng bộ dùng để chuyển các xung điện thành
chuyển động cơ học với những góc quay xác định, có khả năng cố định vị trí .
Động cơ làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử , để đưa tín hiệu vào các cuộn dây
stator. Theo một thứ tự và tần số nhất định .Tổng số góc quay của rotor tương ứng với số
lần chuyển mạch, chiều quay và tấc độ quay phụ thuộc vào thứ tự chuyển mạch và tần số
chuyển mạch.
2.2.2. Điều khiển động cơ bước 5 phase.
- Điều khiển cho động cơ này ta dùng mỗi pha nửa cầu
H . Tại mổi cuộn dây khi điều khiển có 3 mức dương,
âm và ngắt.
- Sơ đồ kết nối giữa các cuộn dây như hình vẽ.
Hình 2.9 Sơ đồ đấu dây động cơ bước 5 phase
9


- Sơ đồ điều khiển kích pha như hình 2.2.9 và 2.30
Quay theo chiều thuận
---------------------------Æ

Å------------------------------Quay theo chiều nghịch
Hình 2.10. Sơ đồ kích phase điều khiển động cơ bước 5 phase chế độ full stepping
+ Điều khiển chế độ haft stepping

Quay theo chiều thuận
--------------------------Æ

Å-----------------------------Quay theo chiều nghịch
Hình 2.11 . Sơ đồ kích phase điều khiển động cơ bước 5 phase chế độ haft stepping

10


- Ưu điểm của động cơ này là có thể cung cấp monent lớn hơn so với các động cơ khác có
cùng kích thước .Có bước nhỏ nên làm động cơ chạy nhuyễn và êm. Độ chính xác cao.
Có thể đạt 0,1 độ/ bước.
2.4. Tra cứu một số linh kiện điện tử
2.4.1. Mosfet : IRF 540
- Là loại mosfet kênh N có tấc độ chuyển mạch nhanh hàng triệu giây nên có thể hoạt
động ở chế đô đóng ngắt liên tục.

Hình 2.16 Sơ đồ chân linh kiện IRF 540
Bảng 2.1 Các thông số Mosfet IRF 540:
Ký hiệu

Thông số

Max

Đơn vị

ID(Tc= 25 độ C)

Dòng cực máng liên tục,VGS =10V

28

A

ID(Tc=100độ C)

Dòng cực máng liên tục .VGS=10V

20

A

IDM

Dòng cực máng kiểu xung(ngắt dẫn)

110

A

PD

Công suất tiêu tán hệ số giảm tải tuyến tính

150

W

Hệ số giảm tải tuyến tính

1.0

W/độ C

Điện áp Gs

+- 20

V

VGS

2.4.2. Mosfet : IRF 9540
- Là loại mosfet kênh P cũng có khả năng chuyển mạch nhanh hàng triệu giây nên có thể
hoạt động ở chế đô đóng ngắt liên tục.
11


Hình 2.17 Sơ đồ chân linh kiện IRF 9540
Bảng 2 .2 Các thông số Mosfet IRF 9540:
Ký hiệu

Thông số

Max

Đơn vị

ID(Tc= 25 độ C)

Dòng cực máng liên tục,VGS =10V

-23

A

ID(Tc=100độ C)

Dòng cực máng liên tục .VGS=10V

-16

A

IDM

Dòng cực máng kiểu xung(ngắt dẫn)

-76

A

PD(Tc= 25 độ C)

Công suất tiêu tán hệ số giảm tải tuyến tính 140

W

Hệ số giảm tải tuyến tính

1.0

W/độ C

Điện áp Gs

+- 20

V

VGS
2.4. 3. Ic 7408

IC logic AND với múc điện áp nguồn cung câp cho IC là 5V

Hình 2.18 Sơ đồ chân linh kiện IC 7808

12


2.5. Vi điều khiển atmega 32.
* Đặc tính :
- Do có cấu trúc RISC cải tiến nên có hiệu suất và tấc độ xử lí cao, mức tiêu thụ năng
lượng nhỏ.
- Bộ nhớ : Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu tách biệt chia làm nhiều phần nên có
khả năng lưu trữ trong thời gian dài ngay cả trong trường hợp mất điện. Với :
+ 32 Kbytes bộ nhớ flash lưu trữ chương trình. Khả năng ghi xóa 10.000 lần.
+ 1024 Bytes EEPROM có thể ghi xóa 10.000 lần.
+ 2 Kbytes SRAM nội có khả năng ghi xóa 100.000 lần.

- Hai Timers/Counters 8 bit và Một Timer/Counter 16 bit : có bộ chia tỉ lệ ( Prescaler)
và có khả năng hoạt động ở chế độ so sánh với Timer/counter 16 bit có chế độ hoạt
động thu nhận (Capture).
- Có khả năng điều rộng xung tự động (PWM) với 4 kênh : OCR1A, OCR1B, OCR0,
OCR2.
- 1 bộ ADC 10 bit gồm 8 kênh ngõ vào có thể lựa chọn riêng biệt tùy ý với độ lợi có thể
lập trình được.
- Giao tiếp SPI Master/Slave.
- USART nối tiếp lập trình được.
- Watchdog Timer lập trình được với bộ dao động nội độc lập.
- Bộ so sánh analog bên trong chip.
- Chế độ tiết kiệm công suất (Power down) : Timer không đồng bộ hoạt động trong khi
các bộ phận khác ở chế độ ngủ (sleep).
- Chống nhiễu ở bộ ADC( ADC nose Reduction).
- Ngắt trong và ngoài.
- Điện áp làm việc :

Atmega32 : 4,5 – 5,5V , Atmega32L : 2.7 – 5.5V.

- Tần số làm việc: Atmega32 : 0 - 16 MHz., Atmega32L : 0 – 8 MHz .
- 32 đường vào ra lập trình được : PortA , PortB, PortC, PortD.
- 32 thanh ghi đa năng.

13


Hình 2.19 Sơ đồ chân vi điều khiển atmega 32
Sơ đồ và chức năng các chân của atmega32.
• VCC : Cấp nguồn nuôi.
• GND : Nối mass.

• PortA (PA0 – PA7):
• Là các ngõ vào analog.
• Nếu không sử dụng chức năng ADC thì làm chức năng ngõ vào ra hai hướng
8 bit. Có thể lựa chọn từng bit. Các chân này được nối với các điện trở nối lên
nguồn dương. Có thể nhận dòng lên dến 20mA .
• Khi reset các chân sẽ rơi vào trạng thái tổng trở cao,ngay cả khi mạch dao
động ko hoạt động.
• RESET : Ngõ reset , Khi chân này được kích xung tích cực mức thấp > 50 ns
atmega32 se được reset.
• XTAL1 : Ngõ vào bộ khuếch đại đảo
• XTAL2 : Lối vào bộ khuếch đại đảo
• AREF

: Ngõ vào điện áp tham chiếu cho bộ chuyển đổi A/D . Nằm trong

khoảng từ điện áp chân AGND đến điện áp chân AVCC.

14


• portB (PB0 - PB7) : Là ngõ vào ra hai hướng 8 bit , có thể lựa chọn vào ra
từng bit. Điện trở nối lên nguồn dương.Bị rơi vào trạng thái tổng trở cao khi
reset bị tác động
2.6. Phần mềm mềm lập trình BASCOM-AVR.
Trong đề tài sử dụng phần mềm BASCOM-AVR lập trình cho các vi điều khiển
atmega 32. Phần mềm chuyên lập trình cho họ vi điều khiển AVR, với nhiều tính năng hỗ
trợ và có khả năng mô phỏng chương trình trục tiếp nên thuận tiện cho lập trình và việc
kiểm tra chương trình.

Than Menu

Tạo
file
mới

Lưu
chương
trình

Kiểm
tra
lỗi

Trình
biên
dịch

Mô
phỏng

Không gian lập
trình

Nạp
chương
trình

Không gian lập
trình

Hình 2.2 0. Màn hình giao diện làm việc phần mềm BASCOM-AVR.

- Giao diện gồm các phần chính : thanh menu bar , Thanh Tool bar, không gian làm việc ,
vùng báo lỗi.
- Tập lệnh phần mềm : Tham khảo phần help -> Index

15