CHƯƠNG 11 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ROBOT T Ự HÀNH Nội dung của chương này bào gồm : - Sơ đồ khối của Mobile robot - Nghiên cứu xây dựng khối điện tử: + Mạch động lực điều khiển động cơ + Thiết kế mạch Vi điều khiển + Cảm biến siêu âm - Xây d ựng mô hình cơ khí 5.1. Xây dựng sơ đồ khối hoạt động của robot Ở đây, ta sử dụng mô hình Mobile robot 3 bánh. Như trong phần mô phỏng, bài toán đặt ra là làm sao để nó di chuyển theo bề mặt tường và luôn cách tường một khoảng X đặt trước. Robot không có bản đồ hay bất cứ thông tin nào về môi trường làm việc, do đó robot sẽ được điều hướng theo phương pháp phản ứng. Sơ đồ thuật toán của Mobile robot như h ình 5.1. Thực tế, hai thông số về sai số góc định hướng, khoảng cách so với tường sẽ được đo bằng hai cảm biến siêu âm SRF05. Khi di chuyển, ban đầu nếu Mobile robot có hướng đi v à vị trí là như yêu cầu (góc θ = 0, X= X d ) thì nó sẽ được điều khiển tiếp tục đi thẳng và duy trì khoảng cách tới tường. Khi có sai lệch thì nhiệm vụ của bộ điều khiển mờ là đưa ra tín hiệu điều khiển, điều khiển 2 động cơ theo luật nào đó để nó đưa robot về quỹ đạo yêu cầu. Không giống như ở mô phỏng, các tín hiệu đầu ra của FLC là vận tốc góc của mỗi bánh trái và phải, ở thực tế thì nó lại là các xung điện, điều khiển điện áp đặt lên mỗi động cơ. Tuy nhiên ở đây, do những hạn chế trong thời gian l àm đề tài, Mobile robot chỉ có các cảm biến ở 1 bên để bám tường mà l ại không có thiết bị để phát hiện vật cản ở phía trước. Hình 5.1. Sơ đồ thuật toán hoạt động của Mobile robot Bắt đầu Bật hai cảm biến siêu âm Tính ∆e x và ∆e t ∆e x =0 ∆e t =0 đúng FLC X=X đ  = T đ sai 5.2. Xây dựng khối điều khiển cho Mobile robot Khối điều khiển Mobile robot sẽ bao gồm khối xử lý tín hiệu và khối công suất, khối hiển thị. Sơ đồ như hình 5.2. Hình 5.2. Sơ đồ khối của robot Nguồn VI ĐIỀU KHIỂN PIC 18F4331 MẠCH NẠP CẢM BIẾN CỔNG I/O A, B, C, D, E THIẾT BỊ HIỂN THỊ KH ỐI CÔNG SUẤT 5.2.1. Khối xử lý tín hiệu a. Vi điều khiển Pic 18F4331 Khối Xử lý của Mobile robot sử dụng vi điều khiển Pic 18F4331. Có thể nói đây là trung tâm của một con robot. Nó có nhiệm vụ lưu trữ chương trình, xử lý tín hiệu vào/ ra. Pic18F4331 có sơ đồ chân như hình 5.3 . Hình 5.3.Vi điều khiển Pic18F4331 Hình 5.4. Sơ đồ cấu trúc các chân của PIC18F4331 PIC18F4331 là vi điều khiển họ 18Fxxxx có tập lệnh có độ dài là 16bit. M ỗi một chu kì lệnh có thời gian là 200ns. Bộ nhớ chương tr ình 8KB, bộ nhớ dữ liệu 256KB. Gồm 5 cổng A, B, C, D, E, v ới 36 chân xuất/ nhập dữ liệu . PIC18F4331 hỗ trợ khá tốt điểu khiển động cơ, nó có tới 8 k ênh PWM. Nó có cấu trúc bộ dao động ngoài linh động, có khả năng hoạt động ở tần số từ 32 KHz tới 40MHz. Bảng 5.1. Bảng thông số cơ bản của PIC18F4331 Lo ại bộ nhớ ch ương Flash SRAM 768 bytes EEPROM 256 bytes S ố chân v ào/ra 36 S ố k ênh ADC 10 bit 9 Capture/Compare/PWM 2 ccp S ố k ênh đi ều xung 8 Timer 8/16 bit 1/3 Đi ện áp cấ p vào 2 ÷ 5 V S ố PIN 40 Một số tính năng khác của PIC18F4331 - Bộ nhớ Flash có khả năng ghi xóa được 100.000 lần. - Bộ nhớ EEPROM có khả năng ghi dọc là 100000 lần, lưu trữ trên 40 năm. Ngôn ngữ lập trình thông dụng cho vi điều khiển có thể là C, Assembly. Khi l ập trình cho PIC bằng ngôn ngữ C, phần mềm CCS Complie giúp quá trình lập trình trở nên thuận tiện hơn rất nhiều. CCS Complie với giao diện GUI giúp người sử dụng có thể khai báo các hàm ban đầu cho PIC một cách trực quan. Mạch nạp là mạch giao tiếp giữa vi điều khiển với máy tính. Nó được sử dụng để nạp chương tr ình vào chip. Có hai loại mạch nạp thông dụng là loại mạch nạp USB và mạch nạp giao tiếp theo cổng COM (chuẩn RS232 ). a/ Mạch nạp PIC qua cổng COM b/ M ạch nạp PIC qua cổng USB Hình 5.5. Các loại mạch nạp cho Vi điều khiển Tương ứng với mạch nạp cổng COM thì sử dụng phần mềm nạp là Winpic 800, nạp qua cổng USB sẽ dùng phần mềm PICKIT2. Các phần mềm này sẽ điều khiển quá trình truyền dữ liệu từ máy tính vào chip. b.Mạch nguồn cho khối điều khiển Để ổn định nguồn cấp cho vi điều khiển khi hoạt động, thì vai trò c ủa nguồn là hết sức quan trọng. Mạch nguồn phải đảm bảo cung cấp điện áp và dòng điện ổn định cho chíp và các thiết bị mở rộng kèm theo như LCD, led, cảm biến. Mạch nguồn có sơ đồ như hình 5.6. Hình 5.6.Sơ đồ nguyên lý mạch ổn áp sử dụng IC LM7805 Mạch ổn áp sử dụng IC LM7805 giúp cho đầu vào chíp luôn ở ngưỡng ~ 5V. c. Các thiết bị hiển thị Các thiết bị hiển thị bao gồm led 7 thanh 7x4, màn hình LCD, nó s ẽ có vai trò hiển thị các thông số của robot theo ý muốn, giúp cho dễ quan sát quá trình điều khiển. Hình 5.7.Các thiết bị hiển thị a. Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển a/ Led 7 thanh loại 7x4 b/ Màn hình LCD 2x16 Vin LM7805 Vout 470 uF +5V Hình 5.8.Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển . CHƯƠNG 11 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ROBOT T Ự HÀNH Nội dung của chương này bào gồm : - Sơ đồ khối của Mobile robot - Nghiên cứu xây dựng khối điện tử: + Mạch động lực điều khiển động cơ + Thiết kế. của Mobile robot Bắt đầu Bật hai cảm biến siêu âm Tính ∆e x và ∆e t ∆e x =0 ∆e t =0 đúng FLC X=X đ  = T đ sai 5.2. Xây dựng khối điều khiển cho Mobile robot Khối điều khiển Mobile robot sẽ. có sai lệch thì nhiệm vụ của bộ điều khiển mờ là đưa ra tín hiệu điều khiển, điều khiển 2 động cơ theo luật nào đó để nó đưa robot về quỹ đạo yêu cầu. Không giống như ở mô phỏng, các tín hiệu