Đang tải... (xem toàn văn)
cáo này với các phần chính sau: Phần I : Giới thiệu về đề tài. Phần II: Ý tưởng và phương án chế tạo robot. Phần III: Tính toán thiết kế robot tự động vùng 2. Phần IV: Lập trình điều khiển. Phần V: Kết luận, kiến nghị. Phần VI : Phụ lục. Lần đầu tiên tham gia chế tạo robot nhóm chúng em gặp rất nhiều khó khăn , trở ngại nhưng do sự nỗ lực, đồng lòn
Đồ án tốt nghiệp Đề Tài: Sáng tạo Robot LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của xã hội loài người, các ngành khoa học - kỹ thuật không ngừng đi đến những thành công mới. Nhiều công trình khoa học, những phát minh của các nhà khoa học đã đi vào cuộc sống, phục vụ lợi ích của con người. Ngày nay Robot được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, thay thế cho các hoạt động của con người trong các môi trường độc hại, nguy hiểm. Với lòng hăng say va niềm khát khao khám phà của tuổi trẻ đội “TĐH-K4” chúng em đã tìm hiểu, nghiên cứu và chế tạo thành công bộ robot đầu tiên của mình để tham gia cuộc thi sang tạo ROBOT Việt Nam 2010. Được sự quan tâm, tạo điều kiện của lãnh đạo nhà trường, Ban tổ chức Robocon 2010, cùng toan thể các thầy cô giáo trong bộ môn Cơ Điện Tử. Nhóm chúng em đã được giao đề tài này làm đề tài tốt nghiệp . Nội dung chi tiết sẽ được trình bày trong báo cáo này với các phần chính sau: Phần I : Giới thiệu về đề tài. Phần II: Ý tưởng và phương án chế tạo robot. Phần III: Tính toán thiết kế robot tự động vùng 2. Phần IV: Lập trình điều khiển. Phần V: Kết luận, kiến nghị. Phần VI : Phụ lục. Lần đầu tiên tham gia chế tạo robot nhóm chúng em gặp rất nhiều khó khăn , trở ngại nhưng do sự nỗ lực, đồng lòng của cả nhóm và dưới hướng dẫn tận tình của các chỉ đạo viên. Nhóm chúng em cũng hoàn thành tốt hai bộ robot đầu tiên của mình để tham gia thi đấu. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực hiện NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng Yên, ngày 23 tháng 08 năm 2010. Giáo viên hướng dẫn Hoàng Quốc Tuân NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Hưng Yên, ngày 23 tháng 08 năm 2010. Giáo viên phản biện Hình 1.2: Robot trong y học 9 Đó là những gì chúng ta được chứng kiến về sự phát triển của thế giới, nhưng chúng ta cũng cần biết rằng Việt Nam cũng có những con robot vô cùng thông minh. Đã đưa vị thế của Hình 1.4: Robot người nhân tạo 10 1.2.1.Những yêu cầu chung của robot: 10 Hình 1.5: Kích thước các khối quà 11 1.2 .2.Những giải pháp thực hiện chế tạo Robot 12 1.2.2.1.Hướng thực hiện thiết kế: 12 1.2.2.2. Những giải pháp về thiết kế cơ khí 12 1.2.3.Những giải pháp thiết kế mạch điện 13 1.2.3.1.Yêu cầu về động cơ: 13 2.1.TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN LẮP RÁP ROBOT 16 2.1.1.Kích thước phần đế 16 2.1.2. Vật liệu sử dụng làm đế 17 Loại nhôm được sử dụng làm đế robot là loại nhôm ống hình chữ nhật có kích thước 50×25mm 17 Sản xuất theo tiêu chuẩn Nhật Bản JIS: 2 tầng bi, càng dày 1.2mm có thể đáp ứng tốt tải trọng 50kg. Chất liệu cao su đặc chịu mài mòn, chống ồn và bảo vệ mặt sàn. Thích hợp dùng cho hệ thống tủ kính trưng bày, nhu hình 2.34:Bánh tự lựa34 2.2.BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC TAY MÁY CỦA ROBOT 36 2.2.2.Phương trình động học ngược : 38 Hình 2.40: Nhôm tấm dùng để bắt động cơ 41 2.3.2.Chọn bánh trước và cách lắp: 42 2.3.3. Thiết kế phần trụ cho robot 43 2.3.4.Thiết kế tay đẩy tầng hai 46 2.3.6.Thiết kế tay đẩy quà vàng 48 2.3.7. Kết cấu hoàn thiện của robot tự động mang khối cấu kiện chóp 49 PHẦN 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN 50 Hình 3.1: sơ đồ khối mạch điều khiển 51 3.1.5.2.Van bán dẫn IRF 540N 59 3.1.5.4.Opto PC817 60 3.2.3.Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch cảm biến 65 3.2.4.1. IC tạo xung NE555 68 3.2.4.2.IC LM324 68 3.2.4.3. IC ULN2003AN 68 3.2.4.4. Led thu phát hồng ngoại 69 Hình 3.37: các loại cảm biến quang thong dụng 72 Hình 3.46: Sơ đồ nguyên lý các khối dao động, nạp, Reset 84 3.5.1.1.IC LM7805 87 3.5.1.2.TIP 2955 88 Hình 3.51. Sơ đồ chân của TIP 2955 88 Bảng 3.8: Bảng thông số của TIP 2955 89 -Nguồn điều khiển. 90 -Nguồn động lực 90 3.6: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH ROBOT 92 Hình 3.54: Mạch sơ đồ nguyên lý 92 4.1.1.Lưu đồ chương trình chiến thuật 1 94 4.1.2.Lưu đồ thuật toán của chương trình chiến thuật 2 97 4.3. PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ NHIỄU 108 4.3.1. Các nguyên nhân cơ bản gây ra nhiễu 108 4.3.1.1. Nguyên nhân cơ khí: 108 4.3.1.2. Nguyên nhân do điện: 109 4.3.2. Các phương án xử lý nhiễu 110 4.3.2.1. Xử lý cơ khí: 110 4.3.2.2. Xử lý về điện : 111 4.3.2.3. Xử lý do môi trường: 111 4.3.2.4. Xử lý lập trình: 111 PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 112 5.1. KẾT LUẬN 112 5.2. KIẾN NGHỊ 113 PHẦN 6: PHỤ LỤC 113 6.1. DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ 113 6.2. TÀI LIỆU THAM KHẢO 117 1.1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT. 1.1.1.Lịch sử ra đời. Robot đã và đang xuất hiện trong cuộc sống của chúng ta từ lâu và ngày càng trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại. Chúng đã góp phần mình vào công cuộc lao động, chính robot đang làm nên một cuộc cách mạng về lao động, khoa học, và đang phục vụ đắc lực cho các ngành khoa học như: khoa học quân sự, khoa học giáo dục, các ngành dịch vụ, giải trí, v.v Vậy robot xuất hiện từ khi nào? Năm 1921 nhà soạn kịch Karel Capek người Tiệp Khắc đã đưa lên sân khấu vở kịch có tiêu đề “Romands Univesal Robot”. Theo tiếng Séc “Robot” nghĩa là “Người tạp dịch”. Có thể nói đây là một gợi ý, một ý tưởng ban đầu về những cỗ máy có khả năng thao tác như con người. Đến trước chiến tranh thế giới lần thứ hai nhu cầu sử dụng những máy móc có khả năng thay thế con người ở những môi trường làm việc độc hại đã trở thành một nhu cầu cấp thiết. Ban đầu cơ cấu máy này hoạt động giống như tay máy của người vận hành. Cấu tạo của cơ cấu này bao gồm các thanh và các khớp và hệ thống giây chằng. Người vận hành điều khiển tay máy thông qua một cơ cấu khuyếch đại cơ khí. Trong chiến tranh thế giới lần thứ hai (năm 1945), xuất hiện cơ cấu máy được điều khiển từ xa để cầm nắm chất phóng xạ. Cho đến những năm 1950 cùng với sự ra đời của kỹ thuật điều khiển chương trình số NC (Number Control) kỹ thuật tay máy lúc này đã kết hợp được cả kỹ thuật điều khiển xa và điều khiển chương trình số. Sự kết hợp này đã tạo ra những thế hệ máy điều khiển từ xa có khả năng mềm dẻo, khả năng tự động hoá cao gọi tên là robot. Năm 1949, máy phay điều khiển số ra đời phục vụ sản xuất ở Mỹ. Đến năm 1960 George Devol đưa ra mẫu Robot đầu tiên. Năm 1961 cũng tại Mỹ Robot công nghiệp (IR: Industrial Robot) đầu tiên đưa ra thị trường: Robot Unimat 1990 (Do trường đại học MIT chế tạo) đây là Robot phản hồi lực nó được ứng dụng vào công nghiệp sản xuất ô tô. Theo con số thống kê thì đến năm 1990 toàn thế giới đã triển khai và ứng dụng khoảng 300.000 IR. Do sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật Vi xử lý và Tin học mà số lượng IR tăng nhanh chóng và tính năng cũng có nhiều bước đột phá, giá thành trên một đơn vị IR giảm dần. Đó là về lịch sử, còn ngày nay, robot đã có mặt ở khắp nơi, ngay cả trong gia đình chúng ta, chúng ta cùng điểm qua những con robot mà cả thế giới biết đến: 1.1.2.Robot trong đời sống và sản xuất. 1.1.2.1. Murataboy, vận động viên đua xe đạp không biết đến “đo đất” Hình 1.1.Robot đi xe đạp . Với chiều cao chỉ với 50cm, chú robot mang “quốc tịch” Nhật này được coi là “vua” giữ thăng bằng. Vì dù là đạp hay đang dừng xe , khí cụ con quay sẽ luôn giữ cho chú robot này đứng vững. Một số bộ phận đặc biệt khác cho phép Murataboy xác định được chướng ngại vật trên đường và giảm xóc khi va phải chướng ngại vật. Murataboy là ví dụ cho loại robot có khả năng di chuyển bằng 2 chân, đang là một trong những thách thức lớn của việc nghiên cứu và sản xuất robot. 1.1.2.2. Armar, cô giúp việc hiếm có: Được nghiên cứu tại trường đại học Karlsruhe (Đức), lĩnh vực ưa thích nhất của cô là vào bếp. Nhờ những cử động của đôi cánh tay giống hệt như người, Armar có khả năng dọn bàn ăn, cho bát đĩa vào máy rửa bát và sắp xếp thực phẩm. Một chiếc camera kỹ thuật số cho phép cô giúp việc này nhận diện được người đang ra lệnh và tuân lệnh khi dò thấy những cử chỉ tay của người ấy. 1.1.2.3. Friend, bạn của những người khuyết tật: Hình 1.2: Robot trong y học. Friend là nghiên cứu của các nhà khoa học Đức. Người máy này thực chất có dạng một chiếc xe lăn với đôi cánh tay giống con người. Thông qua một bộ phận nhận diện giọng nói, chủ nhân chiếc ghế có thể ra lệnh cho người giúp việc này mở cửa, rót nước. Hệ thống định vị không gian 3 chiều gắn trên xe cho phép người sử dụng chỉ cần đưa tay chỉ hướng, robot sẽ tự động tìm ra đường đi tốt nhất. 1.1.2.4. Bác sĩ ngoại khoa: Hãy tưởng tượng những cánh tay kim loại với những khớp nối chằng chịt mổ xẻ trên một cơ thể bằng xương bằng thịt. Với nhiều người đó là một cơn ác mộng. Trên thực tế việc sử dụng người máy thay các bác sĩ phẫu thuật lại đảm bảo độ chính xác và tỷ lệ thành công cao hơn cho ca mổ. Sự chính xác này cùng với việc giảm thiểu các thiết bị y khoa giúp đường mổ sắc và gọn hơn đồng thời giúp bệnh nhân đỡ mất nhiều máu. Ca mổ vẫn sẽ được một bác sĩ phẫu thuật theo dõi trực tiếp thông qua một camera nối với một cánh tay robot. 2 cánh tay robot còn lại thực hiện những thao tác thành thạo của một bác sĩ thực thụ. Người máy này xứng đáng là niềm tự hào của các nhà khoa học Mỹ. 1.1.2.5. Asimo, robot giống người nhất: Asimo lần đầu tiên ra đời năm 1993 tại Nhật, đặt tên P1, là thành quả nghiên cứu của tập đoàn Honda. Asimo P1 đã khiến các nước phương Tây kinh ngạc vì ý tưởng chế tạo một loại robot giống hệt con người. Tuy vậy mục đích ban đầu của Honda chỉ là nghiên cứu một người máy phục vụ các nhu cầu của chúng ta. Ngày nay, cả 2 ý tưởng này, robot giống người và đáp ứng nhu cầu của con người đã trở thành tiêu chí chung trong nghiên cứu Asimo. Hình 1.3: Robot asimo. 1.1.2.6. Robot viễn tưởng: Được trang bị hệ thống nhận dạng giọng nói, có khả năng ngôn ngữ và diễn đạt, Mỹ đã giới thiệu một người máy là bản sao của Philipe K.Dick, tác giả của nhiều truyện viễn tưởng nổi tiếng, mất năm 1982. Đó là những gì chúng ta được chứng kiến về sự phát triển của thế giới, nhưng chúng ta cũng cần biết rằng Việt Nam cũng có những con robot vô cùng thông minh. Đã đưa vị thế của Hình 1.4: Robot người nhân tạo. Việt Nam lên 1 tầm cao mới. Và chú robot này chính là robot TOPIO : Từ ngày 5 - 10/2/2009, chú robot “made in Vietnam” Topio 2.0 do Công ty Cổ phần Robot TOSY (TOSY Robotics JSC) nghiên cứu và chế tạo đã tham gia triển lãm lớn nhất thế giới về đồ chơi lần thứ 60 tại Đức. 1.2. NHỮNG YÊU CẦU VÀ GIẢI PHÁP THỰC HIỆN THIẾT KẾ ROBOT. 1.2.1.Những yêu cầu chung của robot: - Kích thước của robot không vượt quá: [...]... các Robot đã trình bày ở trên, ta thấy hai Robot tự động trên có các yêu cầu về mạch khá giống nhau, do đó ta sẽ thiết kế mạch cho hai Robot này tương tự như nhau và gọi chung là mạch cho Robot tự động Đối với mạch Robot tự động ta cần phải thiết kế sao cho đảm bảo được đầy đủ các yêu cầu về: công suất, số lượng động cơ, số lượng cảm biến, công tắc hành trình, Encoder Như vậy mạch dành cho Robot tự động. .. dựng ba Kim tự tháp theo thứ tự với các yêu cầu khác nhau Đối với robot tự động xây dựng kim tự tháp Khafraa có vai trò đặc biệt quan trọng nó quyết định đến kết quả của trận đấu Chính vì vậy việc chế tạo robot tự động xây dựng kim tự tháp Khafraa phải cực kỳ linh hoạt trong thiết kế, do đó chúng em chọn phương án thiết kế hai robot cho khu vực Khafraa: Một robot mang 7 khối cấu kiện và một robot mang... khi thiết kế Robot Ngoài ra khi chế tạo Robot cũng cần phải chú ý đến trọng lượng của Robot nên khi thiết kế đòi hỏi phải thiết kế Robot sao cho gọn nhẹ nhưng vẫn phải bảo đảm được các tính năng của nó Trong quá trình xây Kim tự tháp việc đặt các khối cấu kiện đúng vị trí và đảm bảo sai số cho phép là một yêu cầu rất quan trọng Điều này đòi hỏi Robot phải có độ chính xác về cơ khí cao đồng thời các kết... đòi hỏi các kết cấu cơ khí phải vững chắc và linh hoạt đảm bảo yêu cầu của cuộc thi 2.1.TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN LẮP RÁP ROBOT Cũng giống như tất cả các cuộc thi Robocon của mọi năm thì giải pháp cho phần đế robot là phần phải tiến hành đầu tiên và quan trọng nhất Robot có hoạt động tốt được hay không phụ thuộc rất nhiều vào thiết kế của đế robot Đế robot là bộ phận chịu tất cả tải trọng của robot và dùng... xây dựng Kim tự tháp Đối với Robot tự động mang khối cấu kiện chóp của Kim tự tháp Khafraa thì chúng em đưa ra giải pháp như sau: o Do số cấu kiện mang theo ít và trọng lượng nhẹ nên robot cần thiết kế linh hoạt, ít chuyển động để giảm dung sai chuyển động o Do chiều cao đề thi là 1.5m nên chúng e tận dụng tối đa về kích thước đề thi để giảm thiểu các khâu chuyển động, nhưng robot cao lại đòi hỏi sự linh... • Số lượng động cơ có thể điều khiển được tối thiểu là 5 động cơ • Đảm bảo cung cấp đủ dòng, áp cho các động cơ hoạt động • Có các cổng đầu vào cho: Cảm biến dò đường Công tắc hành trình Mạch nạp, nút ấn • Mạch hiển thị PHẦN 2:THIẾT KẾ CƠ KHÍ Sau khi nghiên cứu chủ đề và luật thi Robocon 2010 Với chủ đề và luật thi năm nay là “Robocon Pharaohs” thì vai trò của các robot tự động và robot bằng... đẩy ? ? ? Bảng 1.2 Yêu cầu ề động cơ đối vớ robot mang một cấu kiện 1.2.3.2.Các yêu cầu chung về mạch điện cho các Robot Dựa vào các đặc điểm kĩ thuật và yêu cầu về kết cấu của các robot chúng ta sẽ lựa chọn được phương án thiết kế mạch cho các Robot như: Số lượng động cơ, số lượng cảm biến, số lượng công tắc hành trình, cách bố trí các cổng vào ra của vi điều khiển cho các thiết bị ngoại vi…phù hợp với... chúng em đề cao về kết cấu và các hình thức chợ lực theo các phương 1.2.3.Những giải pháp thiết kế mạch điện Trong Robot, mạch điện có thể ví như mạch máu trong cơ thể con người, nó có tác dụng liên kết tất cả các phần của Robot lại với nhau thành một thể thống nhất Mạch điện sử dụng cho robot phải đảm bảo được các yêu cầu sau: • Đảm bảo cung cấp đủ công suất cho Robot hoạt động • Hoạt động chính xác và... đế robot như sau: Hình 2.1: Kích thước phần đế robot tự động mang hai khối cấu kiện Đối với kích thước tổng thể được cho như trên sẽ giúp cho robot có độ vững chắc cao ,và có thể di chuyển một cách linh hoạt cho dù nó mang trên mình hai khối cấu kiện có kích thước lớn Đế robot được thiết kế theo hình chữ I với 4 bánh được bố trí tại 4 góc của phần đế tạo lên sự vững chắc cho robot Ngoài ra thì đế robot. .. được chế tạo sẵn 2 rãnh dành cho loại đai truyền động từ động có bán sẵn với đường kính đai là 5 Trong cụm bánh có sẵn 2 ổ bi được lắp chặt với thân bánh khá thuận tiện cho việc thiết kế và lắp đặt 2.2.BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC TAY MÁY CỦA ROBOT 2.2.1.Phương trình động học thuận: • Phương trình động học thuận là phương trình biểu diễn quan hệ vị trí và hướng của robot thông qua các biến khớp, các biến khớp này . tiên của mình để tham gia cuộc thi sang tạo ROBOT Việt Nam 2010. Được sự quan tâm, tạo điều kiện của lãnh đạo nhà trường, Ban tổ chức Robocon 2010, cùng toan thể các thầy cô giáo trong bộ môn. kiệm được thời gian xây dựng Kim tự tháp. Đối với Robot tự động mang khối cấu kiện chóp của Kim tự tháp Khafraa thì chúng em đưa ra giải pháp như sau: o Do số cấu kiện mang theo ít và trọng. là: + 1 robot sẽ mang 7 khối cấu kiện đến tháp nhưng không yêu cầu độ chính xác khi xây tháp. + 1 robot sẽ mang 1 khối cấu khiện chóp đến tháp với nhiệm vụ là phối hợp với robot mang 7 cấu kiện