Chương 2: Thiết kế mơ hình Robot nhện Chương THIẾT KẾ MƠ HÌNH ROBOT NHỆN 2.1 Chọn vật liệu làm khung Ngoài thị trường khung robot nhện làm từ nhiều loại vật liệu khác in 3D, mica, nhơm mỏng,… Sau số hình ảnh loại khung robot phổ biến thấy Hình2.1 khung robot in 3D Hình 2.2 khung robot mica Chương 2: Thiết kế mơ hình Robot nhện Hình 2.3 khung robot nhơm mỏng 2.2 Thiết kế khung robot Tuy thuộc vào loại động mà chọn vật liệu để thiết kế khung robot, nhóm thực đề tài chọn mica làm vật liệu để thiết kế khung Sau thiết kế nhóm thực đề tài Chương 2: Thiết kế mơ hình Robot nhện Hình 2.4 Khớp số robot Hình 2.5 Khớp số robot Chương 2: Thiết kế mơ hình Robot nhện Hình 2.6 Móng robot Hình 2.7 Thân robot Khớp số gồm miến chân dùng để giữ động servo lại với tạo cử động qua trái qua phải cho chân Khớp số dùng để cử động lên Chương 2: Thiết kế mơ hình Robot nhện xuống chân Móng để giúp tạo động tác duỗi chân Phần thân robot dùng để gắn arduion board chuyên dụng Chương Chương 2: Thiết kế mơ hình Robot nhện THIẾT BỊ VÀ PHẦN MỀM SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 3.1Tổng quan Arduino UNO R3: Nhắc tới dòng mạch Arduino dùng để lập trình, mà người ta thường nói tới dòng Arduino UNO Hiện dòng mạch phát triển tới hệ thứ (R3) Hình 3.1 ARDUINO R3 3.1.2 Thông số Arduino UNO R3: Arduino Uno xây dựng với phân nhân vi điều khiển ATmega328P sử dụng thạch anh có chu kì dao động 16 MHz Với vi điều khiển này, ta có tổng cộng 14 pin (ngõ) / vào đánh số từ tới 13 (trong có pin PWM, đánh dấu ~ trước mã số pin) Song song đó, ta có thêm pin nhận tín hiệu analog đánh kí hiệu từ A0 - A5, pin sử dụng pin / vào bình thường (như pin - 13) Ở pin đề cập, pin 13 pin đặc biệt nối trực tiếp với LED trạng thái board Trên board có nút reset, ngõ kết nối với máy tính qua cổng USB ngõ cấp nguồn sử dụng jack 2.1mm lấy lượng trực tiếp từ AC-DC adapter hay thông qua ắc-quy nguồn Khi làm việc với Arduino board, số thuật ngữ sau cần lưu ý: Chương 2: Thiết kế mơ hình Robot nhện  Flash Memory: nhớ ghi được, liệu khơng bị tắt điện Về vai trò, ta hình dung nhớ ổ cứng để chứa liệu board Chương trình viết cho Arduino lưu Kích thước vùng nhớ thông thường dựa vào vi điều khiển sử dụng, ví dụ ATmega8 có 8KB flash memory Loại nhớ chịu khoảng 10,000 lần ghi / xoá  RAM: tương tự RAM máy tính, bị liệu ngắt điện bù lại tốc độ đọc ghi xố nhanh Kích thước nhỏ Flash Memory nhiều lần  EEPROM: dạng nhớ tương tự Flash Memory có chu kì ghi / xố cao - khoảng 100,000 lần có kích thước nhỏ Để đọc / ghi liệu ta dùng thư viện EEPROM Arduino Ngoài ra, board Arduino cung cấp cho ta pin khác pin cấp nguồn 3.3V, pin cấp nguồn 5V, pin GND 3.1.3 Sơ đồ chân Chương 2: Thiết kế mơ hình Robot nhện Hình 3.2 sơ đồ chân Arduino R3 3.2 Động RC Servo 3.2.1 Khái niệm Động RC Servo 9G động phổ biến dùng mơ hình điều khiển nhỏ đơn giản cánh tay robot Động có tốc độ phản ứng nhanh, tích hợp sẵn Driver điều khiển động cơ, dễ dàng điều khiển góc quay phương pháp điều độ rộng xung PWM Hình 3.3 Động RC Servo 3.2.2 Thông số kỹ thuật: Điện áp hoạt động: 4.8-5VDC Tốc độ: 0.12 sec/ 60 degrees (4.8VDC) Lực kéo: 1.6KG.CM Kích thước: 21x12x22mm Trọng lượng: 9g 3.2.3 Nguyên lý hoạt động: Động servo thiết kế hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu động nối với mạch điều khiển Khi động quay, vận tốc vị trí hồi tiếp mạch điều khiển Nếu có bầt kỳ lý ngăn cản chuyển động quay động cơ, cấu hồi tiếp nhận thấy tín hiệu chưa đạt vị trí mong muốn 3.2.4 Điều khiển động RC Servo 10 Chương 2: Thiết kế mô hình Robot nhện Bằng cách viết chương trình điều khiển void chan1(int a, int b, int c){ int x; int y; int z; x=85+(a-90);//80 y=110+(b-90);//75 z=110+(c-90);//90 pwm.setPWM(0,0,pulseWidth(x)); pwm.setPWM(1,0,pulseWidth(y)); pwm.setPWM(2,0,pulseWidth(z)); } void chan2(int a, int b, int c){ int x; int y; int z; x=93-(a-90); y=95-(b-90); z=70-(c-90); pwm.setPWM(3,0,pulseWidth(x)); pwm.setPWM(4,0,pulseWidth(y)); pwm.setPWM(5,0,pulseWidth(z)); } void chan3(int a, int b, int c){ int x; int y; int z; x=95+(a-90); y=92+(b-90); z=85+(c-90); pwm.setPWM(6,0,pulseWidth(x)); pwm.setPWM(7,0,pulseWidth(y)); pwm.setPWM(8,0,pulseWidth(z)); } 11 Chương 2: Thiết kế mơ hình Robot nhện 3.3 Module PCA9685 3.3.1 khái niệm: Mô-đun (HCMODU0097) bảng đột phá cho điều khiển PWM 16 kênh NXP PCA9685 Nó có 16 đầu PWM lập trình đầy đủ với độ phân giải 12 bit, tổng cộng 4096 bước lập trình với chu kỳ nhiệm vụ điều chỉnh từ 0% đến 100% Ngoài ra, tần số đầu tất 16 kênh lập trình từ 24Hz đến 1526Hz Nhằm mục đích kiểm sốt độ sáng nhiều đèn LED, khả lập trình đầu PWM có nghĩa cấu hình để tạo tín hiệu PWM tương thích với động servo tiêu chuẩn Trên thực tế, mô-đun thiết kế với mục đích với 16 tiêu đề cho phép servo có tiêu đề tiêu chuẩn cắm trực tiếp vào mô-đun Một khối thiết bị đầu cuối trục vít cung cấp phương tiện cung cấp lượng cho servo gắn từ PSU 5V bên ngồi số lượng servo bạn lái từ vi điều khiển khơng bị giới hạn nguồn cung cấp lượng vi điều khiển Đối với người dùng Arduino, với mô-đun thư viện Arduino độc quyền (HCPCA9685), điều khiển trực tiếp tối đa 16 servo từ Arduino vài lệnh 12 Chương 2: Thiết kế mơ hình Robot nhện Hình 3.3 Module PCA9685 3.3.2 Thơng số kỹ thuật: Tương thích với điện áp 5V, nhiên điều khiển qua MCU 3.3V an toàn cấp nguồn 6V cho Servo - Tần số PWM điều chỉnh lên khoảng 1.6 KHz - Độ phân giải 12 bit cho ngõ servo, có nghĩa khoảng 4us 60Hz - Giao tiếp trực tiếp với Driver chuẩn giao tiếp I2C - Có chân địa giao tiếp với 62 mạch driver khác đường bus I2C nâng tổng số ngõ PWM 992 cổng - Có thể khai báo điện trở ngõ dạng Push-Pull Open-Drain - Có thể nhanh chóng ngắt tín hiệu tất ngõ 3.3.3 Nguyên lý hoạt động: Mạch Điều Khiển 16 Servo PCA9685 thích hợp làm robot cần dùng nhiều servo, hay điều khiển led với ngõ điều khiển PWM, mạch nhỏ gọn, dễ sử dụng, mở rộng nhiều kênh PWM qua đường truyền I2C Mạch kết nối lúc 62 module tương ứng lên đến 992 kênh PWM, điểm đặc biệt loại khơng nhận đươc tín hiệu xung gửi đến board, motor dừng hoạt động 13 Chương 2: Thiết kế mơ hình Robot nhện nhận tín hiệu xung, khơng cần vi điều khiển phải liên tục gửi tín hiệu để giữ vị trí Mạch sử sụng nguồn từ 3.3V - 6V, địa set chân, tần số điều chỉnh PWM lên đến khoảng 1.6KHz 3.4 Mạch thu phát NRF 24L01 +24Ghz 3.4.1 khái niệm: Module sử dụng chip truyền sóng NRF24L01+ từ hãng Nordic với nhiều cải tiến so với chip NRF24L01 cũ tốc độ truyền, khoảng cách, độ nhạy, bổ sung thêm pipelines, buffers, tính auto-retransmit tương thích ngược với phiên cũ cách sử dụng NRF24L01+ hoạt động dải tần 2.4GHz sử dụng giao tiếp SPI, khoảng cách tối đa điều khiện không vật cản lên đến 100m Hình 3.4 NRF 24L01 3.4.2 Thơng số kỹ thuật: Điện hoạt động: 1.9V - 3.6V Có sẵn anthena sứ 2.4GHz Truyền 100m mơi trường mở với 250kbps baud Tốc độ truyền liệu qua sóng: 250kbps to 2Mbps Tự động bắt tay (Auto Acknowledge) Tự động truyền lại bị lỗi (auto Re-Transmit) Multiceiver - Data Pipes Bộ đệm liệu riêng cho kênh truyền nhận: 32 Byte separate TX and RX FIFOs  Các chân IO chịu điện áp vào 5V  Lập trình kênh truyền sóng khoảng 2400MHz đến 2525MHz (chọn 125 kênh)  Thứ tự chân giao tiếp : GND,VCC,CS,CSN,SCK,MOSI,MISO,IQR         14 Chương 2: Thiết kế mơ hình Robot nhện 3.4.3 Ngun lý hoạt động: Module NRF24L01 hoạt động tần số sóng ngắn 2.4G nên Module khả truyền liệu tốc độ cao truyền nhận liệu điều kiện môi trường có vật cản - Module nRF24L01 có 126 kênh truyền Điều giúp truyền liệu nhiều kênh khác - Chú ý: Điện áp cung cấp cho 1.9à3.6V Điện áp thường cung cấp 3.3V Nhưng chân IO tương thích với chuẩn 5V Điều giúp giao tiếp rộng dãi với dòng vi điều khiển 3.3.4 Sơ đồ chân Hình 3.5 : sơ đồ chân NRF 24L01 3.5 Arduino JoyStick Shield 3.5.1 khái niệm: Arduino JoyStick Shield thiết kế để kết hợp với Arduino tay cầm điều khiển chuyên nghiệp, Shield hỗ trợ Joystick phím nhấn điều khiển linh hoạt, ngồi có socket để thể gắn thêm mạch như: NRF24L01+, LCD Nokia5110, Bluetooth HC-06, ngõ giao tiếp I2C, 3.5.2 Thông số kỹ thuật: Điện áp sử dụng: 5VDC,3.3 VDC Trên Arduino Joystick Shield gồm có nút nhấn: - nút điều khiển lớn - nút điều khiển nhỏ - Và cần điều khiển joystick trục 15 Chương 2: Thiết kế mơ hình Robot nhện Hình 3.6 Arduino JoyStick Shield 16 Chương 2: Thiết kế mơ hình Robot nhện 17 ... Robot nhện Hình 2.3 khung robot nhôm mỏng 2.2 Thiết kế khung robot Tuy thuộc vào loại động mà chọn vật liệu để thiết kế khung robot, nhóm thực đề tài chọn mica làm vật liệu để thiết kế khung. .. kế mơ hình Robot nhện xuống chân Móng để giúp tạo động tác duỗi chân Phần thân robot dùng để gắn arduion board chuyên dụng Chương Chương 2: Thiết kế mô hình Robot nhện THIẾT BỊ VÀ PHẦN MỀM SỬ DỤNG... lớn - nút điều khiển nhỏ - Và cần điều khiển joystick trục 15 Chương 2: Thiết kế mơ hình Robot nhện Hình 3.6 Arduino JoyStick Shield 16 Chương 2: Thiết kế mơ hình Robot nhện 17