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 [...]... thực hiện hành trình kế tiếp Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 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... Khớp cổ tay Khớp khuỷu tay Khớp cánh tay 5 Khớp thân 6 Cổng kết nối với thiết bò điều khiển 7 Đèn hiển thò 8 Công tắc logic Lưu đồ mô tả hoạt động của ROBOT L2001 Kẹp chi tiết (2s) 2s Nâng 2 khớp : cánh tay- khuỷu tay 1.5s Quay đến vò trí làm việc đồng thời xoay cổ tay theo chiều kim đồng hồ Hạ cánh tay 1 s Mở hàm kẹp 1.2 s Nâng cánh tay Xoay đế về vò trí đầu, xoay nghòch cổ, hạ khuỷu và cánh tay Hình... các mạch đệm Mạch đệm 74LS244 có khả năng cấp dòng 15mA và rút dòng 24mA 4 .5 ĐỆM TUYẾN DỮ LIỆU Hình 4 .5 cũng trình bày 74LS2 45, một mạch đệm hai chiều để làm tăng khả năng lái của tuyến dữ liệu 74LS2 45 có thể rút dòng 24mA và cấp dòng 15mA 74LS2 45 có 8 đường dữ liêu hai chiều: hướng của dòng dữ liệu được xác đònh bởi chân điều khiển hướng (DIR) Đồ án tốt nghiệp Tuyến đòa chỉ cao của vi xử lí 80 85 A8... 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. .. SID TRAP 5 36 HLDA CLK(OUT) RESET IN 6 35 READY RST7 .5 7 34 IO/M RST6 .5 8 33 S1 RST5 .5 INTR 9 32 RD 10 31 WR INTA 11 30 ALE AD0 12 29 S0 AD1 13 28 A 15 AD2 14 27 A14 AD3 15 26 A13 AD4 16 25 A12 AD5 17 24 AD6 18 23 A11 A10 AD7 19 20 22 21 RESET(OUT) Vss 80 85 A9 A8 80 85 Pinout Hình 4.2 : sơ đồ chân và các tín hiệu của 80 85
Tuyến đòa chỉ 80 85 có 8 đường tín hiệu, A 15_ A8 là các tín hiệu một chiều, được sử... 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 003C 2 RST 7 .5 RST 6 .5 0034 3 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... A14 A 15 2 4 6 8 11 13 15 17 1 19 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4 18 16 14 12 9 7 5 3 1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4 A8 A9 A10 Tuyến đòa chỉ A11 cao của hệ thống A12 A13 (đã được đệm) A14 A 15 1G 2G 74LS244 Tuyến dữ liệu đã giải đa hợp từ 80 85 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 RD 2 3 4 5 6 7 8 9 19 1 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 18 17 16 15 14 13 12 11 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Tuyến dữ liệu của... cổng 4bit (Cu và Cl) ,bộ đệm tuyến dữ liệu và logic điều khiển Sơ đồ khối này chứa tất cả các phần tử của một thiết bò lập trình, cổng C thực hiện chức năng tương tự chức năng của thanh ghi trạng thái, ngoài ra còn cung cấp các tín hiệu bắt tay
Logic điều khiển Phần điều khiển có 6 đường Chức năng và việc kết nối của chúng như sau:  RD (Read) : đọc Tín hiệu điều khiển này cho phép hoạt động đọc Khi... 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... 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 . 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. 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