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

I.

Các thiết bị
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, dịng điện đi qua mấu 1 đến đầu a tạo ra cực Bắc trong
stator trong khi đó cực cịn 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 1000100010001000100010001
Mấu 1b 0010001000100010001000100
Mấu 2a 0100010001000100010001000
Mấu 2b 0001000100010001000100010

Mấu

1a
Mấu
1b
Mấu
2a
Mấu
2b

1100110011001100110011001
0011001100110011001100110
0110011001100110011001100
1001100110011001100110011

2. 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 khơng 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 u cầu bài
tốn 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. Thơng 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 dịng 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
Dịng điện đầu vào liên tục: IIN = 25mA
Cơng 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 dịng 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


Ngun lý hoạt động:
Khi được kích thích, khơng 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 thơng 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


KHỐI ĐIÊU

Động cơ

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 ni 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 cơng suất


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

III.

Chương trình
1. Lưu đồ thuật tốn chung

BẮT ĐẦU


Thu cánh tay
P1 = 0FFH
Quay tay gắp

R7 = 6

Sai

P1.0 = 1

P1.2 = 0
Đúng

P1.1 = 1

Sai

Quay thuận

Đẩy cánh tay

Đúng
Đẩy cánh tay

Nhả vật

Sai
R7 = 0
Đúng

Gắp vật

Quay nghịch


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,#0f
m1: mov r1,#0f
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