Bài tập lớn môn Vi điều khiển: Thiết kế mạch điều khiển cánh tay robot

Bài tập lớn môn vi điều
khiển
Thiết kế mạch điều khiển cánh tay robot
Nhóm 2
Sơ đồ động học số 2

Các thiết bị

I.
1.

Động cơ bước

Để tịnh tiến khâu 2 va cơ cấu quay 3 ta lựa chọn sử dụng loại
động cơ có 6 dây, với mỗi bước bằng 7.5 độ
-

Cấu tạo:

Động gồm 2 phần: + stator gồm các cuộn dây
+ rotor là một nam châm vĩnh cửu với 6 cực
Các đầu dây chung 1,2 thường được nối với dương nguồn, các
đầu dây a, b sẽ được nối đất
-

Nguyên lý hoạt động

Như trong hình, dòng điện đi qua mấu 1 đến đầu a tạo ra cực Bắc
trong stator trong khi đó cực còn lại của stator là cực Nam. Nếu
điện ở mấu 1 bị ngắt và kích mấu 2, rotor sẽ quay 7.5 độ, hay 1

bước. Để quay động cơ một cách liên tục, chúng ta chỉ cần cấp điện
vào hai mấu của đông cơ theo dãy sau
Mấu 1a 10001000100010001000100
01
Mấu 1b 00100010001000100010001
00
Mấu 2a 01000100010001000100010
00
Mấu 2b 00010001000100010001000
10
2.

Mấu
1a
Mấu
1b
Mấu
2a
Mấu
2b

1100110011001100110011001
0011001100110011001100110
0110011001100110011001100
1001100110011001100110011

Động cơ một chiều
Động cơ một chiều là máy điện chuyển đổi năng lượng điện
một chiều sang năng lượng cơ . Đối với động cơ 1 chiều có loại

không chổi than (BLDC) và động cơ có chổi than. BLDC thực
chất là đồng cơ điện 3 pha không đồng bộ lên điều khiển phuc
tạp vì vậy từ yêu cầu bài toán ta lựa chọn sử dụng động cơ
điện có chổi than để làm quay khớp 1 trên cánh tay robot

-

Cấu tạo:
stator của động cơ một chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam
châm vĩnh cửu hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và
được nối với nguồn điện 1 chiều, 1 phần quan trọng khác của
động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi
chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục.
Thông thường bộ phận nay gồm có 1 cổ góp và một chổi than tiếp
xúc với cổ góp

Pha 1: từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo
chuyển động quay của rotor trong động cơ điện
Pha 2: rotor tiếp tục quay


Pha 3: bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa
stator va rotor cùng dấu, trở lại pha 1
Như vậy ta chỉ cần cấp dòng điện 1 chiều động cơ sẽ quay liên
tục.
3.

IC ULN2830

ULN 2803 là một vi mạch đệm, bản chất cấu tạo là các mảng

darlington chịu được dòng đện lớn và điện áp cao, trong đó có
chứa 8 cặp transistor NPN ghép darlington cực góp hở với cực
phát chung. Mỗi kênh của ULN 2803 có một diode chặn có thể sử
dụng trong trường hợp tải có tính cảm ứng

1 cặp stransistor NPN ghép darlington

ULN2803
Thông số kỹ thuật:
       Điện áp ra max: 50V (Vce)
       Điện áo vào max: 30V (Vin)
       Dòng điện đầu ra liên tục: Ic = 500mA
       Dòng điện đầu vào liên tục: IIN = 25mA
       Công suất tiêu tán trên mỗi cặp darlington: 1W
       Nhiệt độ làm việc: ­55 ~ 150oC
ULN 2803 có khả năng điều khiển 8 kênh riêng biệt, có thể nối
trực tiếp với vi điều khiển 5V. Bên cạnh đó, mỗi kênh của ULN
2803 có thể chịu được dòng điện lớn trong một khoảng thời gian
dài lên tới 500mA với biên độ đỉnh lên tới 600mA.


-

Các chân từ 1-8 là cổng vào, 11-18 là cổng ra

-

Nếu đầu vào la 0 -> đầu ra thả nổi

-

Nếu đầu vào la 1 -> đầu ra là 0 hay nối đất
4.

Piston xilanh khí nén

Cấu tạo chung của piston như hình sau

Nguyên lý hoạt động:
Khi được kích thích, không khí nén vào thành ống với 1 đầu của piston
với áp suất cao lượng khí này sẽ làm piston di chuyển, khi piston di
chuyển sẽ sinh ra công làm thiết bị bên ngoài chuyển động.
5.

Một cố thiết bị khác

-

Linh kiện điện tử: stransistor NPN và PNP, trở, điot, Máy biến áp
12v, IC ổn áp 7805, thạch anh 12MHz, tụ….

-

Van điều khiển khí nén 5\2:

Hoạt động của van như sau: Khi chưa cấp khí vào cửa điều khiển
14, dưới tác dụng của lực lò xo van hoạt động ở vị trí bên phải, lúc
đó cửa số 1 thông với cửa số 2 và cửa 4 thông với cửa 5, cửa số
3 bị chặn. Khi ta cấp khí vào cửa điều khiển 14 van 5/2 đảo trạng
thái làm cửa 1 thông với cửa 4, cửa 2 thông với cửa 3 và cửa 5 bị

chặn.
II.

Sơ đồ Mạch


1.

Khối nguồn

Khối nguồn bao gồm:
-

1 máy biến áp với đầu ra 12v qua 1 cầu điot để chỉnh lưu thành
dòng 1 chiều. Dòng điện 1 chiều này sẽ được các tụ san phẳng và
lọc nhiễu cấp nguồn nuôi động cơ và van điều khiển khí nén

-

1 đầu đi qua IC 7805 để cấp nguồn cho vi điêu khiển

2.

Khối điều khiển

Khối sử lý trung tâm dung vi điều khiển AT89c51. Chức năng của khối
là điều khiển động cơ và piston theo chương trình đã đặt sẵn bằng
cách đưa ra các xung điện áp tương ứng
-

Chức năng của các chân điều khiển như sau:
+ Từ chân P1.0 – P1.2 là các chân nối với công tắc. P1.0 nối với
công tắc Start, P1.1 và P1.2 nối với 2 công tắc hành trình
+ P0.0 – P0.7 là các chân nối với khối công suất để điều khiển
động cơ bước:
P0.0 – P0.3 điều khiển động cơ đẩy cánh tay
P0.4 – P0.7 điều khiển động cơ quay đầu gắp vật
+ P2.0 – P2.3 điều khiển động cơ 1 chiều
+ P0.4, P0.5 điều khiển van piston khí nén

3.

Khối công suất


Khuếch đại tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển đưa tới động cơ

Chương trình

III.

1.

Sai

Lưu đồ thuật toán chung


Đúng

Sai
Đúng

Sai

Đúng

2.

Chương trình chính
org 0000h
mov P1,#0FFH;
mov P0,#00H
mov P2,#00H
mov R7,#6

main:
Lcall khoidong


lcall gapvat
lcall thucanhtay
lcall quaytaygap ; quay tay gap vat 180 do
lcall quaynghich
lcall daycanhtay
lcall nhavat
ljmp quaythuan
ret
khoidong:
JB P1.0,Quaythuan

sjmp kiemtra
quaythuan:
JB P1.1,Daycanhtay
mov P2,#00001001B
sjmp quaythuan
Daycanhtay:
clr A
mov DPTR,#CODE1
B2:
mov R6,#8
B1:
movc A,@A+DPTR
mov P0,A
acall delay
INC DPTR
DJNZ R6,B1
DJNZ R7,B2


ret
gapvat:
mov P2,#00010000B
acall delay2s
ret
nhavat:
mov P2,#00100000B
acall delay2s
thucanhtay:
clr A
mov DPTR,#CODE2

LAP2:
mov R6,#8
LAP1:
movc A,@A+DPTR
mov P0,A
acall delay
INC DPTR
DJNZ R6,LAP1
DJNZ R7,LAP2
ret
quaytaygap:
clr A
mov R4,#3
mov DPTR,#CODE3
A1:
mov R6,#8


A2:
movc A,@A+DPTR
mov P0,A
acall delay
INC DPTR
DJNZ R6,A2
DJNZ R4,A1
ret
quaynghich:
JB P1.2,daycanhtay
mov P2,#00000110B
sjmp quaynghich

delay2s:
mov tmod,#02H
mov R5,#40
lap:
mov TH0,#HIGH(-50000)
mov TL0,#LOW(-50000)
setb TR0 ; khoi dong timer0
jnb TF0,$ ; co bo dinh thoi = 0,nhay tai cho
clr TR0 ; dung bo timer
clr TF0 ; xoa co bo dinh thoi
Djnz R5,lap
ret
delay:
mov r0,#0ffh
m1: mov r1,#0ffh


m2: djnz r1,m2
djnz r0,m1
ret
CODE1:
DB 0F1H,0F2H,0F4H,0F8H,0F1H,0F2H,0F4H,0F8H
CODE2:
DB 0F8H,0F4H,0F2H,0F1H,0F8H,0F4H,0F2H,0F1H
CODE3:
DB 01FH,02FH,04FH,08FH,01FH,02FH,04FH,08FH
END