Tài liệu Đề Tài: Thiết kế mạch điều khiển cánh tay máy 5 bậc tự do doc

Luận văn


Đề Tài:


Thiết kế mạch điều khiển
cánh tay máy 5 bậc tự do


Ñoà aùn toát nghieäp
Chöông 1
Đồ án tốt nghiệp
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng nhanh góp phần nâng cao năng suất
lao động. Đặt biệt sự ra đời và phát triển của công nghệ chế tạo Robot nhằm tạo ra sự
tự động hóa trong quá trình sản xuất giảm đi sức lao động bằng chân tay của người lao
động
Đối với các nưước ngoài thì Robot đã được nghiên cứu và chế tạo để ứng dụng vào
sản suất đả có từ trước. Riêng ở nước ta lónh vực này còn khá mới mẽ. Tuy có sự đầu tư
để nghiên cứu nhưng còn hạn chế ,có thể dùng mô hình cánh tay máy để phục vụ trực
tiếp cho công việc giảng dạy tại trường nhằm giúp cho sinh viên hiểu rỏ hơn về lý

thuyết, tạo điều kiện cho việc dạy và học được sinh động hơn .
Bức xúc trước nhu cầu tìm hiểu về tay máy công nghiệp từ chính bản thân và của
những người yêu thích về lónh vực này, nhóm đã bắt tay vào việc thực hiện nghiên cứu
đề tài:
“THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY MÁY NĂM BẬC
TỰ DO”.
1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA VẤN ĐỀ
Ở Việt Nam nói chung công nghệ chế tạo tay máy còn chậm phát triển, chúng ta
vẩn chưa có nhà máy nào có khả năng chế tạo các bộ phận cấu thành của tay máy đạt
tiêu chuẩn quốc tế. Tận dụng những vật liệu có sẳn để gia công các chi tiết cơ khí cũng
như linh kiện , thiết bò điện có sẳn do nước ngòai sản suất để thiết kế thành những sản
phẩm cụ thể trước hết là ứng dụng làm phương tiện giảng dạy trong trường học và từ đó
phát triển cao hơn để ứng dụng vào trong sản suất đã và đang là hướng đi đúng đắng
của các kỹ sư ở Việt Nam . Đề tài :
“THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH
CÁNH TAY MÁY NĂM BẬC TỰ DO”
không nằm ngoài nhận đònh trên. Điều quan
trọng hơn hết là các vấn đề liên quan đến cấu tạo, nguyên lý hoạt động của tay máy và
phần lý thuyết về các hoạt động xảy ra bên trong vi xử lí sẽ được giới thiệu trong đề tài
này. Nó sẽ là nguồn thông tin hửu ích cho những ai muốn tìm hiểu về lónh vực này.
1.3 GIỚI HẠN VẤN ĐỀ
Tay máy rất đa dạng về nguồn gốc và chủng loại đây là lần đầu thực hiện nghiên
cứu đề tài:
“THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY MÁY NĂM
BẬC TỰ DO”
trong điều kiện:
 Thời gian thực hiện đề tài chỉ trong 6 tuần
 Kinh nghiệm thực tế chưa có nhiều
 Tài liệu về vi xử lí và tay máy còn hiếm
Vì vậy nhóm đã thực hiện nghiên cứu đề tài với những đặc điểm chính sau đây:

 Lập trình bằng KIT vi xử lí 8085
 Thiết kế mạch điều khiển cánh tay máy
 Xây dựng những chương trình tiêu biểu

1.4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Thực hiện đề tài
“THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY
MÁY NĂM BẬC TỰ DO”
là một công việc để người thực hiện đề tài nghiên cứu kỹ
khái niệm mô hình, nguyên lý làm việc cũng như tập lệnh của vi xử lí.
Sản phẩm của đề tài trước hết có thể được ứng dụng vào phương tiện giảng dạy
tại trường; và nếu được phát triển rộng, đi sâu hơn thì có thể ứng dụng vào trong thực tế
Đồ án tốt nghiệp
sản xuất công nghiệp,và đặc biệt cung cấp một cái nhìn tổng quát về vi xử lí và tay
máy công nghiệp.
Ñoà aùn toát nghieäp

CHÖÔNG 2
Đồ án tốt nghiệp
2.1 DÀN Ý NGHIÊN CỨU
 Giới thiệu tổng quát về tay máy
 Thiết kế mạch điều khiển cánh tay máy
 Xây dựng phần mềm
 Thi công
 Hướng dẫn thao tác
2.2 ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU
Chủ yếu là mô hình cánh tay máy được gia công
2.3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU

 Phương Pháp

Tham khảo tài liệu: chủ yếu là các tài liệu về kỹ thuật số, kỹ thuật vi xử lí, điện tử cơ
bản
Thực nghiệm: viết chương trình thử nghiệm trên KIT vi xử lý 8085

 Phương Tiện
 Ngòai KIT vi xử lí 8085 và mô hìmh cánh tay máy, nhóm còn thực hiện dề tài còn
thiết kế thêm các mạch phụ để thử nghiệm các chương trình liên quan đến 8255 và
8279
2.4 THỜI GIAN NGHIÊN CỨU
Nhóm thực nghiên cứu đề tài từ ngày đăng ký đề tài, công việc được phân bố cho
6 tuần làm việc như sau:
Tuần 1 : Lập đề cương tổng quát
Tuần 2 : Thu thập tài liệu
Tuần 3 : Lập đề cương chi tiết
Tuần 4,5 : Khai triển đề cương và đánh máy
Tuần 6 : Sửa chữa và in ấn
Ñoà aùn toát nghieäp
CHÖÔNG 3
Đồ án tốt nghiệp
3.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
Thuật ngữ
ROBOT xuất hiện vào năm 1920 trong một tác phẩm văn học của
nhà văn Tiệp Khắc có tên Karel Capek.
Thuật ngữ
Inducstrial Robot (IR) - xuất hiện đầu tiên ở Mỹ do công ty
AMF (American Manchine and Foundry company) quảng cáo mô tả một thiết bò mang
dáng dấp và có một số chức năng như tay người được điều khiển tự động để thực hiện
một số thao tác sản xuất thiết bò có tên gọi Versatran.
Quá trình phát triển của IR có thể tóm tắt như sau:
- Từ những năn 50 ở Mỹ xuất hiện viện nghiên cứu đầu tiên.

- Đang đầu những năm 60 xuất hiện sản phẩm đầu tiên tên Versatran
của công
ty AMF.
- Ở Anh người ta bắt đầu nghiên cứu và chế tạo các IR theo bản quyền của Mỹ
từ năm 1967;
- Ở các nước Tây Âu khác như : Đức, Ý, Pháp, Thụy Điển, từ những năm 70.
- Châu Á có Nhật bắt đầu nghiên cứu ứng dụng IR từ năm 1968.
Đến nay trên thế giới có khoảng trên 20 công ty sản xuất IR trong số đó có 80
công ty của Nhật , 90 công ty của các nước Tây Âu, 30 công ty của Mỹ và một số công
ty ở Nga, Tiệp …
Theo chủng loại, mức độ điều khiển, và khả năng nhận biết thông tin của tay
máy - người máy đã được sản xuất trên thế giới có thể phân loại các IR thành các thế
hệ sau:
Thế hệ 1 : thế hệ có kiểu điều khiển theo chu trình dạng chương trình cứng
không có khả năng nhận biết thông tin
Thế hệ 2 : thế hệ có kiểu điều khiển theo chu kì dạng chương trình mềm bước
đầu đa có khả năng nhận biết thông tin
Thế hệ 3 : thế hệ có kiểu điều khiển dạng tinh khôn ,có khả năng nhận biết
thông tin và bước đầu đã có một số chức năng lý trí của con người
Đối với tay máy công nghiệp đã có hơn 250 loại ,trong số đó có hơn 40% là loại
tay máy có kiểu điều khiển đơn giản thuộc thế hệ thứ nhất .
Sự xuất hiện của robot và sự gia tăng vai trò của chúng trong sản xuất và xã hội
loài người làm xuất hiện một ngành khoa học mới là ngành robot học (Robotic) . trên
thế giới ở nhiều nước đã xuất hiện những viện nghiên cứu riêng về robot . Ở Việt Nam,
từ những năm giữa của thập kỷ 80 đã có viện nghiên cứu về robot .
3.2 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CHỨC NĂNG CỦA IR

Vậy robot là gì ? cho tới hiện nay chưa có một đònh nghóa chính xác về robot, và
cứ hai năm một lần trên thế giới người ta lại tổ chức một hội nghò khoa học bàn về
robot nhằm thông tin những thành tựu đã đạt được trong nghiên cứu và chế tạo robot

đồng thời thống nhất các thuật ngữ về robotic. để hiểu được về IR, trước hết chúng ta
quan sát sơ đồ cấu trúc và chức năng của IR như sau:
Đồ án tốt nghiệp

Hình 3.1 : Sơ đồ cấu trúc và chức năng của robot
Trong sơ đồ trên các đường chỉ thò mối quan hệ thông tin thuận , thông tin
chỉ huy thực hiện nhiệm vụ cho robot. Các đường chỉ mối liên hệ thông tin
ngược, thông tin phản hồi về quá trình làm việc của robot.
Chức năng của
bộ phận giao tiếp là liên lạc với người vận hành là thực hiện quá
trình “Dạy học “ cho robot, nhờ đó Robot biết được nhiệm vụ phải thực hiện.
Chức năng của
hệ thống điều khiển là thực hiện việc tái hiện lại các hành động
(nhiệm vụ) đã được ‘học’.
Bộ phận chấp hành giúp cho Robot có đủ “sức”, tức chòu được tải trọng mà robot
phải chòu trong quá trình làm việc , bộ phận này bao gồm các bộ phận, phần 1 - bộ
phận truyền chuyển động - phần tạo các khả năng chuyển động cho robot và phần 2 -
bộ phận chòu lực - phần chòu lực của Robot .
Bộ phận
cảm biến tín hiệu làm nhiệm vụ nhận biết, đo lường và biến đổi thông
tin các loại tín hiệu như: các
nội tín trong bản thân Robot - đó là các tín hiệu về vò trí,
vận tốc, gia tốc trong từng thành phần của bộ phận chấp hành các
ngoại tín hiệu - là
các tín hiệu từ môi trường bên ngoài có ảnh hưởng tới hoạt động của Robot .
Với cấu trúc và chức năng như trên Robot phần nào mang tính “người“ còn phần
máy chính là trạng thái vật lý của cấu trúc.
Với IR, tính chất người và ”
máy” cũng được thể hiện đầy đủ như trên, duy chỉ
hình thức mang dáng dấp của tay “Người”.

Người vận hành
Thiết bò liên lạc với
người vận hành
Hệ thống đều khiển
Hệ
thống
Truyền động
Hệ thống chòu lực
Hệ thống cảm biến
tín hiệu
Môi trường
Bên ngoài
Liênhệ ngược
Liên hệ ngïc
Đồ án tốt nghiệp
3.3 CẤU TRÚC TỔÀNG QUÁT CỦA IR
Chúng ta hãy xem xét cấu trúc của một tay máy công nghiệp có sơ đồ ở hình
3.2.
Tay máy trên hình 3.2 có 6 bậc tự do với 6 trục chuyển động như sau:
1. Chuyển động quét của tay máy (chuyển động quay phải hay quay trái của thân
người);
2. Chuyển động lên hay xuống theo chiều thẳng đứng (chuyễn động của khớp bả vai)
3. Chuyển động duổi ra hay co vào của cánh tay (chuyển động của khớp khuỷu tay)
4. Chuyển động lật lên xuống của bàn tay so với cổ tay;
5. Chuyển động quay ngược hay thuận chiều kim đồng hồ của bàn tay so với cổ tay.
So với chuyển động của tay người (không tính đến chuyển động của các ngón tay)
có 10 bậc tự do (10 khả năng chuyển động độc lập) tay máy trên là loại có đủ khả năng
nắm bắt một vật bất kỳ trong không gian.
Tay máy công nghiệp thường có các bộ phận chính sau:
- Hệ thống điều khiển;

- Hệ thống chấp hành : Bao gồm Các nguồn động lực, hệ thống truyền động, hệ
thống chòu lực;
- Bàn kẹp :
Bàn kẹp là bộ phận công tác cuối cùng của tay máy ,nơi cầm nắm các thiết bò
cộng nghệ hay vật cần duy chuyển
, bộ phận chấp hành _ phần kết cấu cơ khí của tay
máy bao gồm các loại động cơ như : các động cơ thủy lực, khí nén, cơ cấu servo điện
tử, động cơ bước mỗi chuyển động của IR thường có một động cơ riêng và các thanh
chòu lực.
Hệ thống điều khiển - thường là loại đơn giản làm việc có chu kỳ vận hành
theo nguyên lý của hệ thống điều khiển hở hoặc kín.
Hình 3.2 : Mô hình hệ thống chấp hành tay máy công nghiệp
Đồ án tốt nghiệp
Phân loại tay máy theo cấu trúc sơ đồ động
Thông thường cấu trúc chấp hành của tay máy công nghiệp được mô hình hóa
trong dạng chuổi động với các khâu và khớp như trong nguyên lý máy với các giả
thuyết cơ bản như sau:
- Chỉ dùng các khớp động loại 5 (khớp quay, khớp tònh tiến, khớp vít)
- Trục quay hướng tònh tiến của các khớp thì song song hay vuông góc với nhau.
- Chuổi động là chuổi động hở, đơn giản.
Dưới đây là chuổi động của một tay máy công nghiệp tổng quát có 6 bậc tự
do, các khớp A, B, F là các khớp tổng quát có nghỉa là chúng có thể là khớp quay, cũng
có thể là khớp tònh tiến, các khớp D, E, K chỉ là những khớp quay. Các khâu được đánh
số bắt đầu từ khâu 0
_ giá cố đònh , tiếp đến là các khâu 1, 2, …, n _ các khâu động _
khâu tổng quát ký hiệu là khâu
i, (i=0,1,2,…,n), khâu, khâu n cuối cùng là khâu mang
bàn kẹp của tay máy.
Tương tự như tay người để bàn kẹp (bàn tay) làm việc được cần có ba loại
chuyển động, tương ứng với các chuyển động này là ba dạng cấu trúc của tay máy như

sau:
Cấu trúc chuyển động toàn bộ (Chân người) cấu trúc này thực hiện chuyển
động đem toàn bộ tay máy (tay người) đến vò trí làm việc . Cấu trúc này hết sức đa
dạng và thông thường nếu không phải là tay máy hoạt động trong hệ thống mà chuyển
động này cần có sự kiểm soát người ta thường coi tay máy là đứng yên khâu 0 gọi giá
cố đònh của tay máy.
Cấu trúc xác đònh hàm kẹp bao gồm các khớp AB và F các khâu 1, 2 và 3,
chuyển động của cấu trúc này nhằm đem theo bàn kẹp tới vò trí làm việc .Do giả thiết
về loại khớp động dùng trong chế tạo máy thông thường ta có những phối hợp sau đây
của các khớp và từ đó tạo nên các cấu trúc xác đònh vò trí của bàn kẹp trong các không
gian vò trí làm việc khác nhau của bàn kẹp .
Phối hợp TTT nghóa là 3 khớp đều là khớp tònh tiến và một khớp quay. Đây là
cấu trúc hoạt động trong hệ tọa độ đề các so với các tọa độ S
0
vì điểm M nằm trên
khâu 3 được xác đònh bởi ba chuyển động tònh tiến và một chuyển động quay (tức là hai
tọa độ dài)
Phối hợp TRT, RTT hayTTR, nghóa là một khớp tònh tiến hai khớp quay (các
cấu trúc 2,3 và 4). Đây là là cấu trúc hoạt động trong hệ tọa độ trụ so với điểm S
0
vì để
M trên khâu 3 được xác đònh bở hai chuyển động tònh tiến và một chuyển động quay
(tức là hai tọa độ dài một tọa độ gốc)
Phối hợp RTR, RRT hay TTR nghóa là hai khớp tònh tiến và hai khớp quay (các
cấu trúc 5, 6, 7, 8, 9 và 10). Đây là cấu trúc hoạt động trong hệ tọa độ cầu so với hệ S
0
,
vì điểm M trên khâu 3 được xác đònh bởi một chuyển động tònh tiến và hai chuyển động
quay (tức là một tọa độ dài, hai tọa độ góc)
Phối hợp RRR nghóa là ba khớp quay (các cấu trúc 11,12) đây là các cấu trúc họat

động trong hệ tọa độ góc so với hệ S
0
vì điểm M trên khâu 3 được xác đònh bởi ba
chuyển động quay (tức là ba tọa độ góc), cấu trúc này được gọi là cấu trúc phỏng sinh
học.
Tuy nhiên trong thực tế, đối với các tay máy chuyên dùng hay chuyên môn hóa
và đặc biệt đảm bảo giá thành đầu tư vào tay máy thấp, người ta không nhất thiết lúc
nào cũng phải chế tạo tay máy có đủ số ba khớp động cho cấu trúc xác đònh vò trí.
Đồ án tốt nghiệp
3.4 GIỚI THIỆU ROBOT L2001:
ROBOT L2001 có 4 bậc tự do đều là khớp quay, sử dụng động cơ điện một
chiều có công suất cực đại 3W, số vòng quay của động cơ và chuyển động các khớp
của tay máy tay máy phụ thuộc vào điện áp đặt vào động cơ và có thể điều chỉnh vô
cấp. Kết cấu bộ truyền động cơ khí đơn giản thông qua bộ bánh răng giảm tốc 3 cấp,
cấp thứ 3 là bộ trục vít- bánh vít do đó khả năng tự hãm rất tốt khi làm việc.
Để xử lý công việc hãm chính xác và khử quán tính, tay máy được trang bò hệ
thống điều khiển bằng bộ vi xử lý, nó có chức năng điều khiển theo chương trình
mềm do người chế tạo lập sẵn. các chế độ hãm động cơ (hãm ngược) được tính toán
trước trong chương trình nhằm bảo đảm tính chính xác cho cơ cấu khi có quán tính
ứng với các giới hạn hành trình của từng chương trình.
Các bộ phận an toàn giúp tay máy hoạt động tốt khi làm việc và ngay cả khi
mất điện,bộ nhớ sẽ lưu lại chương trình.
Bộ vi xử lý được lắp các cổng ra-vào để nối kết với các phần tử khác như băng
tải, các khớp xoay hoặc các dây chuyền sản xuất giúp mở rộng việc sử dụng. Bản
thân bộ vi xử lý có các bộ đếm, bộ đònh thời giúp xác đònh ca làm việc và số sản
phẩm vận chuyển được ứng với mỗi ca …
Các chuyển động của các khớp được giới hạn bởi cử hành trình.
Tay máy được ứng dụng trong các công việc như : cấp phôi cho máy bán tự
động, vận chuyển sản phẩm nhựa từ máy ép nhựa, phát hiện và loại bỏ phế phẩm
trong dây chuyền sản xuất …

Điều cần quan tâm ở đây của người nghiên cứu là giá thành sản xuất thấp, do
đó phù hợp với điều kiện nước ta hiện nay .
Mặc dù độ chính xác của tay máy chưa cao lắm, nhưng với yêu cầu công nghệ
nhất đònh nào đó tay máy có thể đáp ứng được.
Hình 3.3 : Sơ đồ mô hình ROBOT L2001
Đồ án tốt nghiệp
 Ghi chú :
1. Bàn kẹp 5. Khớp thân
2. Khớp cổ tay 6. Cổng kết nối với thiết bò điều khiển
3. Khớp khuỷu tay 7. Đèn hiển thò
4. Khớp cánh tay 8. Công tắc logic


Lưu đồ mô tả hoạt động của ROBOT L2001


2s

1.5s




Hình 3.4 : Sơ đồ mô tả hoạt động của ROBOT L2001
Kẹp chi tiết (2s)
Nâng 2 khớp : cánh tay- khuỷu tay
Quay đến vò trí làm việc đồng thời xoay cổ tay
theo chiều kim đồng hồ
Hạ cánh tay
Mở hàm kẹp

1.2
s
Nâng cánh tay
Xoay đế về vò trí đầu, xoay
nghòch cổ, hạ khuỷu và cánh
tay
1
s
Đồ án tốt nghiệp
3.5 TRANG BỊ ĐIỆN TRONG ROBO l2001
3.5.1. Giới thiệu động cơ công tác:
Mạch động lực bao gồm 5 động cơ công tác, trong đó 4 động cơ tải 3W ,một
động cơ làm nhiệm vụ kẹp và mở, công suất 3,5 W khả năng chòu quá tải 2s
 các
động cơ được đánh số từ 1 đến 5.
Động cơ 1 : đóng mở hàm kẹp.
Động cơ 2 : xoay thuận nghòch cổ tay.
Động cơ 3 : xoay thuận nghòch khớp khuỷu tay.
Động cơ 4 : xoay thuận nghòch khớp cánh tay.
Động cơ 5 : xoay thân đế (thân người).
Các động cơ 2, 3, 4, 5 được bố trí trên 4 khâu chuyển động và hình thành 4 bậc
tự do.
3.5.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ DC 3W
Các động cơ đều có chung nguyên lý hoạt động .
* Đặc điểm:
-Nguồn điện áp DC 5  9 V.
-Tốc độ thay đổi vô cấp 1200 4000 v/p.
-Cókhả năng mang tải ngay khi cấp nguồn điện.
* Phương pháp điều khiển động cơ.
- Dùng điện áp DC 5 9V.

- Cấp nguồn đúng chiều theo yêu cầu.
- Thay đổi chiều quay bằng cách hoán vò các cực .
- + + -


- + + -
Hình 3.5 : Phương pháp đảo chiều quay động cơ
Để làm được công việc trên , ở mạch điều khiển ta trang bò các cầu dao đảo
hoặc rơle điện từ .
Dựa theo nguyên lý trên khi ứng dụng lắp ráp ROBOT thì những chuyển động
đảo chiều đó sẽ đảo chiều được hành trình chuyển động của các khâu.
* Nguyên lý hãm ngược
+ Đối với động cơ một chiều thì công việc hãm ngược đơn giản hơn, giảû sử:
khi động cơ chạy theo chiều nào đó, có thể cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ.
+ Khi ngưng cấp nguồn đồng thời đưa nguồn điện khác ngược chiều với nguồn
đang hoạt động lập tức động cơ sẽ bò hãm cưỡng bức, lúc ấy lực từ sẽ có chiều ngược
lạivà ta điều chỉnh thời gian sao cho động cơ dừng hẳn thì thôi cấp nguồn
Về thời gian hãm ngược thì phụ thuộc vào người thiết kế chương trình điều
khiển
* Tốc độ động cơ được điều chỉnh phụ thuộc vào điện áp nguồn đưa vào.
Biểu đồ biểu thò mối quan hệ giữa điện áp và tốc độ động cơ:
M
M
Đồ án tốt nghiệp
n

O u

Hình 3.6 : Giản đồ biểu thò mối quan hệ giữa điện áp và tốc độ động cơ
Qua giản đồ trên ta thấy tốc độ động cơ tỉ lệ thuận với điện áp nguồn cung cấp .

Để đảm bảo động cơ chạy ổn đònh khi thiết kế nên chọn bộ nguồn có điện áp tải
2 đến 3A.
3.5.3 CÁC CỔNG NỐI KẾT VÀ CÁC HỆ THỐNG HIỂN THỊ CỦA
ROBOT L2001
* Cổng kết nối:
Để đảm bảo tính độc lập của các khớp các động cơ được bố trí thành 10 cổng nối
kết riêng biệt
Do mỗi cặp Jắc nối được lắp với một động cơ.
Vì vậy ta có tất cả 5 cặp nối và được đánh số tư ø1-10.
Trình tự được sắp xếp như sau :
- 1,2 cho động cơ hàm kẹp
- 3,4 cho động cơ cổ tay
- 5,6 cho động cơ khuỷu tay
- 7,8 cho động cơ cánh tay
- 9,10 cho động cơ xoay chân đế
Do đó khi nối kết với với bên ngoài phải đảm bảo cách ly riêng biệt từng cặp
như đã đánh số ở trên
* Cơ cấu hiển thò.
Tay máy L2001 có các hệ thống hiển thò báo tín hiệu ngỏ vào và ngõ ra được
lắp trên vi xử lý.
Các tín hiệu thuận sẽ báo bằng đèn xanh, ngược lại sẽ báo bằng đèn đỏ.
3.6 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG BĂNG TẢI
Do cánh tay máy chỉ làm nhiệm vụ gắp chi tiết đến vò trí cố đònh, vì vậy để
chuyển sản phẩm đến một khâu khác đòi hỏi phải có hệ thống băng tải.
3.6.1 CẤU TẠO
Dây băng được lắp trên giá đỡ bằng nhôm phẳng nằm ngang, hai đầu lắp với 2
rơle mụïc đích là tạo sự chuyển động. Chuyển động quay nhờ động cơ điện một chiều
có công suất 5W.
3.6.2 TRANG BỊ ĐIỆN CHO HỆ THỐNG BĂNG TẢI
Đồ án tốt nghiệp

- Băng tải được lắp với động cơ một chiều có công suất 5W
- Động cơ được điều khiển bởi một công tắc tơ
- Thông qua công tắc tơ dộng cơ tải được liên kết với động cơ thứ hai; động cơ
này có nhiệm vụ đưa chi tiết cần chuyển tải đến đúng vò trí quy đònh
- Đầu băng tải được lắp một công tắc dùng để xác đònh chi tiết được tải, bộ phận
này được kết nối đến vi xử lí để đém số chi tiết được vận chuyển.
3.6.3 NGUYÊN LÝ HỌAT ĐỘNG
Khi một chi tiết được đưa đến băng tải thì công tắc thứ nhất (công tắc thường hở)
được đóng lập tức băng tải được hoạt động, đồng thời một chi tiết khác được cơ cấu
đònh vò xếp đúng vò trí. Sau mỗi lần thực hiện một hành trình vi xử lí sẽ đếm số chi
tiết. Khi cơ cấu đònh vò đã xác đònh xong thì công tắc thứ hai (công tắc thường kín)
được tác động báo ngắt điện hệ thống sau đó công tắc này được đóng lại cấp điện
cho hệ thống chuẩn bò thực hiện hành trình kế tiếp.
Ñoà aùn toát nghieäp
CHÖÔNG 4
Đồ án tốt nghiệp
4.1 XÁC CẤU TRÚC MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Dựa vào yêu cầu về phần điều khiển của cánh tay máy làm cơ sở cho việc xác
đònh cấu trúc mạch.
Do đó vấn đề đầu tiên là phải nghiên cứu kỹ cấu tạo của tay máy,tiếp theo phải
tìm hiểu rõ yêu cầu để điều khiển cánh tay máy .Việc nghiên cứu này sẽ cho cái nhìn
về cấu trúc mạch điều khiển. Cân nhắc giữa cấu hình và yêu cầu điều khiển sẽ chọn
cấu trúc mạch hợp lí.
Sơ đồ khối của mạch điều khiển được trình bày ở hình
4.1
Đồ án tốt nghiệp
Sơ đồ khối của mạch điều khiển
Đồ án tốt nghiệp
4. 2 ĐỊNH NGHĨA CÁC CHÂN VI XỬ LÍ
Vi xử lí (microproccesser) là một thiết bò bán dẫn chứa các mạch logic điện tử

đuộc chế tạo theo công nghệ
LSI hoặc VLSI. Vi xử lí có khả năng thực hiện các chức
năng tính toán và tạo ra các quyết đònh làm thay đổi trình tự thi hành chương trình. vi
xử lí là một thiết bò logic lập trính đïc, được thiết kế bằng các thanh ghi, các flip_flop
và các phần tử đònh thời. Vi xử lí có một tập lệnh được thiết kế bên trong,đễ xử lí dữ
liệu và truyền thông với các thiết bò ngoại vi. Có nhiều loại vi xử lí và cũng có nhiều
hãng chế tạo vi xử lí (Intel, Zilog, Motorola)
8085 là một bộ vi xử lí 8 bit do Intel sản xuất , đầu tiên vào năm 1977. Nó có
khả năng đònh đòa chỉ cho bộ nhớ tới 64Kbyte. thiết bò này có 40 chân, dạng DIP, đòi
hỏi nguồn đơn +5v. Hình trình bày sơ đồ chân của bộ vi xử lí 8085. Toàn bộ các tín
hiệu có thể được phân thành 6 nhóm:
(1) Tuyến đòa chỉ.
(2) Tuyến dữ liệu .
(3) Các tín hiệu trạng thái và điều khiển
(4) Nguồn cung cầp và các tín hiệu tần số
(5) Các ngắt và các tín hiệu khởi tạo ngoại vi
(6) Các cổng I/O nối tiếp
Control
and
Status Signals
+5V
AD7
AD0
A15
A8
SID
SOD
TRAP
X1 X2
Vcc

Vss
INTR
READY
HOLD
8085
GND
RST 7.5
RST 6.5
RST 5.5
RESET IN
RESET
OUT
CLK
OUT
28
21
19
12
30
29
33
34
32
31
11
18
35
39
36
2121

1 2
5
4
6
7
8
9
10
40 20
ALE
S0
S1
IO/M
RD
WR
INTA
HLDA
High Outer
Address Bus
Multiplexed
Address/Data Bus
Serial
I/O
Ports
Interrupts
and
Externally
Initiated
Signals

Đồ án tốt nghiệp
Hình 4.2 : sơ đồ chân và các tín hiệu của 8085
 Tuyến đòa chỉ
8085 có 8 đường tín hiệu, A
15
_A
8
là các tín hiệu một chiều, được sử dụng như
tuyến đòa chỉ cao
 Tuyến dữ liệu / đòa chỉ đa hợp
Các đường tín hiệu AD
7
–AD
0
là các đường hai chiều chúng phục vụ một mục
đích kép. Các đường này được sử dụng lúc thì như tuyến đòa chỉ thấp khi thì như một
tuyến dữ liệu. Khi thi hành một lệnh, trong một phần đầu của chu kì, các đường này
8085
CLK(OUT)
RESET(OUT)
A11
S0
AD6
22
INTA
Vss
AD2

3 HLDA
32
35
38
15
5
S1
AD5
21
24
18
7
RST5.5
IO/M
X2
RST7.5
AD1
13
10
9
8
SOD
INTR
WR
17
2 HOLD
28
30
39
11

4
AD4
29
31
37
40
6
1
READY
X1
AD0
19
A10
A12
A15
RD
SID
16
Vcc
36
14
RST6.5
20
23
26
A9
A14
ALE
AD7
25

A8
A13
TRAP
27
33
12
AD3
34
RESET IN
8085 Pinout




Đồ án tốt nghiệp
được sử dụng như là tuyến đòa chỉ thấp. Suốt phần còn lại của chu kì, các đường này
được dùng như tuyến dữ liệu. Điều này cũng được gọi là đa hợp tuyến (multiplexing the
bus). Tuy nhiên, tuyến đòa chỉ thấp có thể được tách ra từ các tín hiệu này nhờ sử dụng
một mạch chốt (latch)
 Các tín hiệu điều khiển và trạng thái
Nhóm các tín hiệu này bao gồm hai tín hiệu điều khiển (RD và WR), 3 tín hiệu
trạng thái (IO/M, S
1
và S
0
) để xác đònh lọai hoạt động, và một tín hiệu đặc biệt (ALE)
để chỉ thò sự bắt đầu của hoạt động.

ALE -Address latch enable: Cho phép chốt đòa chỉ .Đây là một xung dương tác động
cạnh lên được phát ra mỗi lần 8085 bắt đầu một hoạt động (chu kì máy); nó chi thò rằng

các bit AD
7
-AD
0
là các bit đòa chỉ. Tín hiệu này về cơ bản được sử dụng để chốt các
đòa chỉ thấp từ tuyến đa hợp và cho ra một tập riêng biệt 8 đường đòa chỉ AD
7
- AD
0
.ALE là một tín hiệu điều khiển

 RD - Read : Đọc đây là tín hiệu điều khiển đọc (tác dộng mức thấp). tín hiệu này
chỉ thò đọc I/O hặc bộ nhớ và dữ liệu có khả dụng trên tuyến dư liệu.

 WR -Write : Ghi đây là tín hiệu điều khiển ghi (tác động mức thấp). Tín hiệu này
chỉ thò rằng dữ liệu trên tuyến dữ kiệu được ghi vào một ô nhớ hoặc I/O đã chọn

 IO / M :Input –Output / Memory. Đây là tín hiệu trạng thái được sử dụng để phân
biệt giữa các hoạt độâng IO và bộ nhớù. Khi nó ở mức thấp,nó chỉ thò một hoạt động liên
quan đến bộ nhớ. Tín hiệu này được kết hợp với RD và WR để tạo ra các tín hiệu điều
khiển I/O và bộ nhớ.

 S
1
và S
0
: Status đây là các tín hiệu trang thái, tương tự IO/ M, có thể xác đònh các
hoạt động khác nhau ,nhưng chúng hiếm khi được sử dụng trong các hệ thống nhỏ.
Toàn bộ các hoạt động và cá tín hiệu trạng thái liên kết được liệt kê trong bảng 4.1
 Nguồn cung cấp và tần số xung đồng hồ

 Vcc : nguồn cung cấp +5V

 Vss : tham chiếu đất (mass )

 X
1
và X
2
: một thạch anh (hoặc mạng RC, LC ) được nối tại hai chân này
Mỗi chủng loại 8085 điều có tần số tối đa cho phếp đưa vào hai chân này
6MHZ : đối với 8085A
10MHZ : đối với 8085A-2
12MHZ : đối với 8085A-1
tần số đưa vaò từ X
1
,X
2
được chia 2 bên trong vi xử lí

 CLK (out) - Clock Output : ngõ ra xung đồng hồ .Cung cấp các tín hòêu xung đồng
hồ cho các thành phần khác thuộc hệ thống .Nó có cùng tần tần số với xung đồng hồ
bên trong vi xử lí .
Do đó :

fx
1
x
2
f
CLK

= 
2
Đồ án tốt nghiệp
Bảng 4.1: trạng thái chu kì máy và các tín hiệu điều khiển 8085
Trạng thái
Chu kỳ máy IO/M S
1
S
0
Các tín hiệu điều khiển
Tìm kiếm mã hoạt
động
0 1 1 RD = 0
Đọc bộ nhớ 0 1 0 RD = 0
Ghi vào bộ nhớ 0 0 1 WR = 0
Đọc I/O
1 1 0 RD = 0
Ghi vào I/O
1 0 1 WR = 0
Yêu cầu ngắt 1 1 1 INTA = 0
Dừng Z 0 0
Treo Z X X RD , WR = Z
Đặt lại Z X X và INTA = 1

Z =Tổng trở cao (3 trạng thái : Tri –States)
X = Không xác đònh ( Don’t care )
 Các ngắt và các hoạt động Khởi tạo bên ngòai
Vi xử lí 8085 có năm tín hiệu ngắt có thể được sử dụng để ngắt một sự thi hành
chương trình. Vi xử lí trả lời một ngắt bằng tín hiệu INTA (Interrupt Acknowledge).
Ngòai các ngắt, ba chân –RESET, HOLD và READY- Tiếp nhận các tín hiệu khởi

tạo bên ngoài như là các ngõ vào.
Để đáp ứng yêu cầu HOLD, vi xử lí có một tín hiệu gọi là HLDA (Hold Acknowledge)

 RESET IN : Khi tín hiệu trên chân này xuống mức logic thấp,bộ đém chương trình
được đặt lại về không, các tuyến ở trạng thái tổng trở cao và vi xử lí bò đặt lại (reset)

 RESET OUT : Tín hiệu này chỉ thò rằng vi xử lí đang đặt lại.Tín hiệu này có thể
được sử dụng để đặt lại các thiết bò khác.
Các tín hiệu khác ,xem Bảng 4.2
Bảng 4.2 : Các ngắt và các tín hiệu khởi tạo bên ngoài 8085
 INTR (Vào ) : Interrupt Request
Tín hiệu này được sử dụng như là một bộ ngắt phổ dụng(general purpose interrupt), nó
tương tự với tín hiệu INT của 8085A
 INTA (Ra) : Interrupt Acknowledge
Tín hiệu này dùng để trả lời một ngắt
 RST 7.5 (Vào) : Restart Interrupt;
RST 6.5
RST 5.5
Đồ án tốt nghiệp
Đây là các ngắt có đònh hướng (vectored interrupt) và che được.Chúng có quyền ưu
tiên ngắt cao hơn INTR. Trong số ba ngắt này, thứ tự ưu tiên là RST 7.5,RST 6.5 và
5.5
TRAP (Vào)
Đây là một ngắt không che được và có quyền ưu tiên cao nhất
Lọai ngắt Ô nhớ để gọi ngắt
1. TRAP 0024
2.
RST 7.5 003C
3.
RST 6.5 0034

4. RST 5.5 002C
 HOLD (Vào)
Tín hiệu này chỉ thò rằng một thiết bò ngoại vi như bộ điều khiển DMA (Direct
Memory Access) đang yêu cầu sử dụng các tuyến đòa chỉ và dữ liệu
 HLDA (Ra) : Hold Acknowledge
Tín hiệu trả lời theo yêu cầu HOLD
 READY (Vào)
Tín hiệu này được sử dụng để trì hoãn các chu kỳ.Đọc hay Ghi của vi xử lí cho đến khi
một ngoại vi sẵn sàng để gởi hoặc nhận dữ liệu.Khi tín hiệu này xuống thấp,vi xử lí đợi
trong một số nguyên lần các chu kỳ đồng hồ cho khi nó lên cao.
 Các cổng I/O nối tiếp
Vi xử lí 8085 có hai tín hiệu để thực hiện việc truyền dữ liệu nối tiếp

 SID : Seria Input Data. Dữ liệu vào nối tiếp .tín hệu này nạp vào bit D7 của
thanh ghi A trong suốt quá trình thực hiện lệnh RIM

 SOD : Serial Out put Data. Dữ liệu ra nối tiếp.Lệnh này được niêu rõ bởi
lệnh SIM
4.3 CẤU TRÚC BÊN TRONG 8085
Hình 4.3 TRình bày cấu trúc bên trong của 8085. Nó bao gồm Đơn vò logic và
số học ALU (Arithmetic and Logic Unit ), đơn vò đònh thời và điều khiển
(Timng and Control Unit ), Bộ giải mã và thanh ghi lệnh (Instruction Register and
Decoder),Dãy thanh ghi (Register Array), Điều khiển ngắt (Interrupt Control) và
Điều khiển I/O nối tiếp (Serial I/O Control)
Đồ án tốt nghiệp

Hình 4.3 : Sơ đồ khối chức năng của 8085

 Đơn vò logic và số học ALU
Đơn vò này thực hiện các chức năng tính toán : nó bao gồm Thanh ghi tích trữ

(Accumulator), Thanh ghi tạm (Temporary register), các mạch logic và số học,và 5 cờ
báo (Flag). Thanh ghi tạm được dùng để duy trì dữ liệu trong suốt một hoạt động số học
và logic. Kết qua được lưu trữ vào thanh ghi tích trữ, và các cờ (các flip – flop ) được
đặt (set: bằng 1 ) họăc bò đặt lại (reset :bằng 0) tùy theo kết quả của hoạt động.
Các cờ chòu ảnh hưởng bởi các hoạt động số học và logic trong ALU. Trong hầu
hết các họat động này, kết quả được lữutru vào thanh ghi tích trữ. Do đó các cờ thường
phản ánh các điều kiện dữ liệu trong thanh ghi tích trữ-trừ một vài ngoại lệ.

 S – Sign Flag: Cờ dấu: Sau sự thi hành của một phép toán học hoặc một họat
động logic, nếu bit D7 của kết quả (luôn luôn trong thanh ghi tích trữ) bằng 1 thì cờ dấu
được đặt. Cờ này được sử dụng với các số có dấu. Trong một byte được cho,nếu D7 là
1, số này được xem là số âm, nếu D7 bằng 0, số này được xem là số dương.trong các
hoạt động liên quan tới các số có dấu,bit D7 được phục vụ để chỉ thò dấu và bảy bit còn
lại được dùng để chỉ thò cho độ lớn (magnituge) của con số đó

 Z- Zero Flag : Cờ không : Cờ không được đặt (Z=1 )nếu hoạt động ALU có kết
quả bằng 0 .Cờ này được điều chỉnh bởi kết quả trong thanh ghi tích trữ cũng như trong
các thanh ghi khác.
Accumulater
Address Buffer
(8)
AD15 - AD8
Address Bus
Array
Register
Data Address Buffer
(8)
AD7 - AD0
Address Data Bus

X1
X2
Power Supply
+5V
GND
Timing and Control
Interrupt Control
8 Bit Internal Data Bus
(8) (8) (8)
Temp. Reg.
Instruction
Register
Instruction
Decoder
and
Machine
Cycle
Encoding
Flag
Flip Flops
Arithmatic
Logic
Unit
(8)
(ALU)
CLK
GEN
CLK OUT
READY
RD

WR
Control
Status DMA
Reset
ALE S0 S1
IO/M
HOLD
HLDA
RESET IN
RESET OUT
INTR RST 5.5 RST 7.5
RST 6.5
TRAP
INTA
Stack Pointer
Program Counter
Incrementer / Decrementer
Address Lactch
Multiplexer
(8)
(8)
(8)
(8)
(8)
(8)
(8)
(8)
(16)
(16)
(16)

Reg.
Reg.
Reg. Reg.
Reg.
Reg.
Reg. Select
W Z
B C
D E
H L
Temp. Reg.
Temp. Reg.
Serial I/O Control


SID
SOD