Bài tập lớn môn Vi điều khiển - Đề tài: 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, 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 1000100010001000100010001

Mấu 1b 0010001000100010001000100

Mấu 2a 0100010001000100010001000

Mấu 2b 0001000100010001000100010

Mấu 1100110011001100110011001

1a

Mấu 0011001100110011001100110

1b

Mấu 0110011001100110011001100

2a

Mấu 1001100110011001100110011

2b

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 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: I_IN= 25mA

Công suất tiêu tán trên mỗi cặp darlington: 1W

Nhiệt độ làm việc: -55 ~ 150^oC

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

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 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

III. Chương trình

1. Lưu đồ thuật toán chung

BẮT ĐẦU

Thu cánh tay

Quay tay gắp

P1.2 = 0

P1 = 0FFH

R7 = 6

Sai

P1.0 = 1

P1.1 = 1

Quay nghịch

Đúng

Quay thuận

Đẩy cánh tay

Sai

Đúng

Đẩy cánh tay

Nhả vật

Sai

R7 = 0

Đúng

Gắp vật

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:

B1:

mov R6,#8

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

mov R6,#8

LAP2:

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:

A2:

mov R6,#8

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