HCMUTE Thiết Kế và Chế Tạo Robot Tự Động Dò Line

Khám phá quy trình thiết kế và chế tạo robot tự động dò line tại HCMUTE, ứng dụng công nghệ hiện đại trong giáo dục và nghiên cứu.

• Người hướng dẫn: Võ Văn Triều
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Khoa Học Kỹ Thuật
• Đề tài: Thiết Kế, Chế Tạo Robot Tự Động Dò Line
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.1. I. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.2. II. Những vấn đề còn tồn tại
• 2. PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
• 2.1. I. Mục đích đề tài
• 2.2. II. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3. III. Giới hạn đề tài
• 2.4. IV. Chương I: Các lý thuyết liên quan
• 2.4.1. 1. Cấu trúc của vùng thi đấu và các tiêu chuẩn
• 2.4.2. 2. Các lý thuyết liên quan
• 2.4.2.1. 1.1 Sơ lược về ATMEGA32 và các thanh ghi liên quan
• 2.4.2.2. 1.2 Các Port I/O của AVR, định cấu hình ở các chân
• 3. PHẦN III: KẾT LUẬN
• 3.1. Kết luận đề tài
• 3.2. Hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Robot Tự Động Dò Line và Đề tài nghiên cứu từ HCMUTE

Đề tài "Thiết kế, chế tạo robot tự động dò line" từ trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE) tập trung vào việc thiết kế và chế tạo một robot có khả năng tự động theo dõi đường line. Đây là một đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường, phản ánh sự phát triển của công nghệ robotics và mechatronics tại Việt Nam. Việc sử dụng robot trong các ứng dụng công nghiệp đang ngày càng phổ biến. Robot tự động dò line được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất tự động đến các hệ thống tự hành. Đề tài này cũng đề cập đến những thách thức trong việc chế tạo robot, đặc biệt là về mặt kinh phí và công nghệ. Một số nghiên cứu trước đây về robot tự hành tại Việt Nam chỉ dừng ở mức lý thuyết hoặc mô hình đơn giản. Ngược lại, đề tài này hướng đến việc chế tạo một robot hoạt động thực tế, khắc phục những hạn chế của các nghiên cứu trước.

1.1 Bối cảnh và mục tiêu nghiên cứu

Đề tài xuất phát từ thực tế nhu cầu sử dụng robot trong môi trường công nghiệp hiện đại, đặc biệt trong các nhiệm vụ nguy hiểm hoặc lặp đi lặp lại. Robot thay thế con người trong những công việc này, nâng cao hiệu quả và an toàn sản xuất. Mục tiêu chính là thiết kế và chế tạo một robot tự động dò line hiệu quả, chính xác và đáng tin cậy. Đề tài sử dụng Arduino và các sensor để điều khiển robot. Robot cần đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật khắt khe, đảm bảo khả năng hoạt động ổn định trong môi trường thực tế. Việc sử dụng vi điều khiển như ATMEGA32 và lập trình phần mềm robot dò line đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và điều chỉnh hành vi của robot. Đây là một nghiên cứu ứng dụng, kết hợp lý thuyết và thực hành, nhằm mang lại giải pháp công nghệ cụ thể cho vấn đề đặt ra. Thiết kế robot dò line cần tối ưu về chi phí và dễ dàng chế tạo, lắp ráp. Hệ thống nhúng và kỹ thuật điện tử viễn thông được ứng dụng để hoàn thiện hệ thống điều khiển của robot.

1.2 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng hai phương pháp chính: tham khảo tài liệu và thực nghiệm. Tham khảo tài liệu bao gồm các giáo trình về vi xử lý, các đề tài nghiên cứu liên quan, tài liệu về ATMEGA32, CCS, CodeVisionAVR. Thực nghiệm bao gồm thiết kế, chế tạo, lập trình và huấn luyện robot. Hai phương pháp này được kết hợp chặt chẽ, bổ sung cho nhau trong suốt quá trình nghiên cứu. Quá trình chế tạo robot dò line bao gồm các bước: thiết kế cơ khí, thiết kế điện tử, lập trình vi điều khiển, kiểm thử và hiệu chỉnh. Thuật toán robot dò line là yếu tố quan trọng, quyết định hiệu quả hoạt động của robot. Giải thuật robot dò line được lựa chọn và tối ưu để đảm bảo độ chính xác cao. Robot dò line PID có thể được xem xét để cải thiện độ chính xác. Mạch điện tử robot dò line được thiết kế dựa trên Arduino, các sensor và motor. Cảm biến robot dò line và motor robot dò line được lựa chọn phù hợp để đảm bảo độ bền và độ chính xác.

II. Phân tích Thiết kế và Chế tạo Robot

Phần này tập trung vào chi tiết thiết kế robot dò line, bao gồm khung gầm robot dò line, mạch điện tử robot dò line, và phần mềm robot dò line. Thiết kế cơ khí chú trọng vào sự chắc chắn, gọn nhẹ và dễ dàng lắp ráp. Thiết kế điện tử tập trung vào việc lựa chọn các linh kiện phù hợp, đảm bảo độ tin cậy và hiệu quả hoạt động. Lập trình vi điều khiển sử dụng ngôn ngữ C, với thuật toán robot dò line được tối ưu để đảm bảo độ chính xác và tốc độ. Lập trình robot dò line đòi hỏi kỹ năng lập trình nhúng và hiểu biết về điện tử viễn thông. Cấu trúc vùng thi đấu và các tiêu chuẩn được mô tả rõ ràng, cung cấp thông tin đầy đủ cho việc thiết kế và kiểm tra hiệu quả của robot. Robot dò line tốc độ cao và robot dò line chính xác là hai mục tiêu cần cân bằng trong quá trình thiết kế.

2.1 Thiết kế cơ khí

Thiết kế robot dò line cần đảm bảo sự cân bằng giữa độ bền, độ chính xác và trọng lượng. Khung gầm robot dò line được thiết kế sao cho gọn nhẹ nhưng vẫn đủ chắc chắn để chịu được các lực tác động trong quá trình di chuyển. Việc lựa chọn vật liệu cũng rất quan trọng, cần cân nhắc giữa chi phí, độ bền và trọng lượng. Thiết kế cơ khí cần phải phù hợp với các cảm biến robot dò line và motor robot dò line, đảm bảo khả năng di chuyển linh hoạt và chính xác. Mô phỏng robot dò line có thể được thực hiện để tối ưu hóa thiết kế trước khi chế tạo. Thiết kế cơ khí robot dò line phải đảm bảo an toàn và không gây nguy hiểm cho người vận hành. Chi tiết về kích thước, vật liệu và các thông số kỹ thuật khác cần được ghi chép đầy đủ trong bản vẽ kỹ thuật. Các phương pháp gia công, lắp ráp cần được lựa chọn sao cho hiệu quả và tiết kiệm chi phí. Thiết kế cơ khí robot dò line cần tối ưu cho hoạt động dò line.

2.2 Thiết kế điện tử và phần mềm

Mạch điện tử robot dò line được thiết kế dựa trên Arduino và các sensor. Sensor robot dò line đóng vai trò quan trọng trong việc cảm nhận đường line. Việc lựa chọn các sensor phù hợp ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của robot. Motor robot dò line cần có mô-men xoắn đủ lớn để di chuyển robot trên đường line. Mạch điện tử cần được thiết kế để cung cấp năng lượng ổn định cho các linh kiện. Phần mềm robot dò line được lập trình trên Arduino bằng ngôn ngữ C. Thuật toán robot dò line là yếu tố quan trọng, quyết định khả năng theo dõi đường line của robot. Việc tối ưu thuật toán giúp cải thiện độ chính xác và tốc độ của robot. Vi điều khiển ATMEGA32 đóng vai trò xử lý trung tâm, điều khiển các sensor và motor. Phần mềm cần được viết rõ ràng, dễ hiểu và dễ bảo trì. Lập trình robot dò line yêu cầu kinh nghiệm và kỹ năng lập trình nhúng. Robot dò line sử dụng Arduino là một giải pháp hiệu quả về chi phí và dễ dàng thực hiện.

III. Kết luận và ứng dụng

Đề tài đã thành công trong việc thiết kế và chế tạo một robot tự động dò line hoạt động hiệu quả. Robot dò line HCMUTE là sản phẩm cụ thể của đề tài này. Dự án robot dò line HCMUTE đã chứng minh khả năng nghiên cứu và ứng dụng công nghệ robotics tại trường. Kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn cao, có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Ứng dụng robot dò line rất đa dạng, từ tự động hóa sản xuất đến các hệ thống tự hành. Lợi ích của robot dò line là rõ ràng, giúp nâng cao hiệu quả và an toàn trong sản xuất. Đề tài cũng nêu lên một số hạn chế, tạo tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo. Hướng phát triển của robot dò line có thể tập trung vào việc nâng cao độ chính xác, tốc độ và khả năng thích ứng với môi trường phức tạp.

3.1 Đánh giá kết quả nghiên cứu

Đề tài đã đạt được các mục tiêu đề ra, chứng minh khả năng thiết kế và chế tạo robot tự động dò line của sinh viên HCMUTE. Robot hoạt động ổn định và đáp ứng được các yêu cầu về độ chính xác và tốc độ. Đề tài đã cung cấp một giải pháp hiệu quả cho vấn đề đặt ra, có giá trị thực tiễn cao. Việc sử dụng Arduino và các sensor làm giảm chi phí chế tạo. Báo cáo robot dò line trình bày đầy đủ quá trình nghiên cứu, từ khâu thiết kế đến kiểm thử. Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế cần khắc phục trong các nghiên cứu tiếp theo, ví dụ như khả năng hoạt động trong môi trường phức tạp hơn. Luận văn robot dò line cần được bổ sung thêm các phân tích sâu hơn về các khía cạnh kỹ thuật. Thuyết minh robot dò line cần trình bày rõ hơn về quá trình thiết kế và chế tạo. Khóa học robot dò line có thể được thiết kế dựa trên đề tài này.

3.2 Ứng dụng thực tiễn và hướng phát triển

Robot tự động dò line có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực như tự động hóa sản xuất, logistics, và nghiên cứu. Robot có thể được sử dụng trong các nhà máy để vận chuyển nguyên liệu, sản phẩm. Robot cũng có thể được ứng dụng trong các hệ thống tự hành, như robot hút bụi, robot cắt cỏ. Nghiên cứu robot dò line tiếp theo có thể tập trung vào việc nâng cao độ chính xác và tốc độ của robot. Việc tích hợp các cảm biến hiện đại có thể giúp robot thích ứng với môi trường phức tạp hơn. Robot dò line tự động có thể được tích hợp trí tuệ nhân tạo để tăng cường khả năng xử lý thông tin và ra quyết định. Giải pháp robot dò line có thể được mở rộng để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng. Hệ thống điều khiển robot dò line có thể được cải tiến để tăng độ tin cậy và khả năng chống nhiễu. Học viện kỹ thuật quân sự hoặc các trung tâm nghiên cứu robot có thể sử dụng đề tài này làm cơ sở cho các nghiên cứu phát triển robot tiên tiến hơn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng robot tự động trong sản xuất và các lĩnh vực nguy hiểm ngày càng trở nên cấp thiết. Theo ước tính, các nhà máy hiện đại sản xuất sản phẩm với tốc độ nhanh và số lượng lớn, đồng thời nhiều công việc diễn ra tại môi trường độc hại hoặc địa hình khó tiếp cận, khiến con người không thể trực tiếp thực hiện. Do đó, robot tự động ra đời nhằm thay thế con người trong các vị trí nguy hiểm và tăng hiệu quả sản xuất.

Luận văn tập trung vào thiết kế và chế tạo robot tự động dò line, nhằm phát triển một hệ thống robot có khả năng di chuyển chính xác theo đường line định sẵn, thực hiện các nhiệm vụ trong môi trường thi đấu mô phỏng. Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong việc ứng dụng vi điều khiển ATMEGA32 kết hợp với encoder để điều khiển robot, với thời gian thực hiện trong năm 2012 tại thành phố Hồ Chí Minh.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao khả năng tự động hóa trong robot, giảm chi phí so với các phương pháp điều khiển PLC truyền thống, đồng thời cải thiện độ chính xác và khả năng vận hành trong các môi trường phức tạp. Kết quả nghiên cứu góp phần thúc đẩy ứng dụng robot trong công nghiệp và các lĩnh vực khác như y tế, quân sự, và thám hiểm không gian.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính:

1. Vi điều khiển ATMEGA32: Đây là bộ vi điều khiển CMOS 8 bit với kiến trúc RISC, cho phép thực thi 1 triệu lệnh mỗi giây ở tần số 1 MHz. ATMEGA32 có 32 thanh ghi làm việc đa năng, hỗ trợ các chức năng PWM, ngắt ngoài, và giao tiếp SPI, I2C. Vi điều khiển này được lập trình bằng ngôn ngữ C qua phần mềm CodeVisionAVR, giúp tối ưu hóa điều khiển động cơ và cảm biến.

2. Encoder và bộ mã hóa: Encoder quang được sử dụng để đo vị trí và tốc độ quay của động cơ, với độ phân giải cao lên đến 14 bit. Các loại encoder gồm tiếp xúc, từ trường và quang học, trong đó encoder quang được ưu tiên do độ chính xác và tuổi thọ cao. Bộ mã hóa tuyệt đối và tăng dần giúp xác định chính xác góc quay và vị trí của robot.

Các khái niệm chính bao gồm: PWM (Pulse Width Modulation) để điều khiển tốc độ động cơ, Timer/Counter 16 bit để tạo xung điều khiển chính xác, và các chân I/O của vi điều khiển để giao tiếp với cảm biến và thiết bị ngoại vi.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng hai phương pháp chính:

• Tham khảo tài liệu: Thu thập và xử lý các tài liệu liên quan đến vi điều khiển ATMEGA32, encoder, các kỹ thuật lập trình và điều khiển robot. Tài liệu tham khảo bao gồm giáo trình vi xử lý, các đề tài nghiên cứu khoa học trong nước và quốc tế, cũng như tài liệu kỹ thuật về phần cứng và phần mềm.

• Thực nghiệm: Thiết kế, chế tạo robot tự động dò line, lập trình điều khiển và huấn luyện robot hoạt động trong môi trường thi đấu mô phỏng. Cỡ mẫu nghiên cứu là một robot mẫu được chế tạo hoàn chỉnh, sử dụng phương pháp chọn mẫu theo mục tiêu nhằm kiểm tra hiệu quả của hệ thống điều khiển.

Thời gian nghiên cứu kéo dài trong năm 2012, với các giai đoạn thiết kế cơ khí, lập trình điều khiển, thử nghiệm và hiệu chỉnh. Phương pháp phân tích dữ liệu chủ yếu dựa trên quan sát thực nghiệm, đo đạc các thông số vận hành như tốc độ, độ chính xác di chuyển và khả năng thực hiện nhiệm vụ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Khả năng di chuyển chính xác theo đường line: Robot tự động dò line sử dụng vi điều khiển ATMEGA32 kết hợp encoder quang đã đạt được độ chính xác di chuyển trong phạm vi sai số nhỏ hơn 5% so với tọa độ định trước. Tốc độ di chuyển được điều chỉnh linh hoạt từ 0 đến 3FF (giá trị PWM), giúp robot vận hành ổn định trên đường line rộng 30mm.

2. Khả năng thực hiện nhiệm vụ gắp và thả giỏ quà: Robot có thể tự động lấy giỏ từ vùng chung và đặt vào vùng dành cho robot bằng tay với tỷ lệ thành công khoảng 90%. Cơ cấu gắp giỏ sử dụng phương án nâng cả sàn robot, kết hợp kẹp khí nén giữ bánh xe khi leo dốc, giúp robot không bị lật ngã khi di chuyển qua các chướng ngại vật.

3. Khả năng leo dốc và vượt chướng ngại vật: Cơ cấu khớp lắc bánh trước và hệ thống 4 bánh ômi giúp robot leo dốc cao 200mm và di chuyển qua các chướng ngại vật gỗ cao 100mm với tỷ lệ thành công trên 85%. Dây đai truyền động đảm bảo lực kéo ổn định, giảm trượt bánh.

4. Hiệu quả điều khiển động cơ bằng PWM và timer 16 bit: Sử dụng timer 1 của ATMEGA32 để tạo tín hiệu PWM điều khiển động cơ DC giúp điều chỉnh tốc độ chính xác, giảm tiêu thụ năng lượng và tăng tuổi thọ động cơ. Tín hiệu cách ly qua opto TLP521 đảm bảo an toàn và giảm nhiễu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp robot đạt được hiệu quả trên là do việc ứng dụng vi điều khiển ATMEGA32 với khả năng xử lý nhanh và đa dạng các chức năng điều khiển, kết hợp encoder quang có độ phân giải cao. So với các nghiên cứu trước đây trong nước, robot này có khả năng di chuyển chính xác hơn và thực hiện nhiệm vụ phức tạp hơn, nhờ vào việc thiết kế cơ khí tối ưu và lập trình điều khiển hiệu quả.

So sánh với các robot nghiên cứu tại các trường đại học lớn như ĐH Bách Khoa TP.HCM và Hà Nội, robot trong luận văn có chi phí thấp hơn do sử dụng vi điều khiển và linh kiện phổ biến, đồng thời vẫn đảm bảo hiệu suất vận hành. Tuy nhiên, robot vẫn còn hạn chế trong việc tự động tránh vật cản động và hoạt động trong địa hình phức tạp hơn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện tỷ lệ thành công của các nhiệm vụ (gắp giỏ, leo dốc, di chuyển chính xác) và bảng so sánh thông số kỹ thuật giữa các loại robot tự động dò line hiện có. Điều này giúp minh họa rõ ràng hiệu quả và ưu điểm của hệ thống được thiết kế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Nâng cấp hệ thống cảm biến tránh vật cản: Tích hợp thêm cảm biến siêu âm hoặc cảm biến hồng ngoại để robot có khả năng phát hiện và tránh các vật cản động trong quá trình di chuyển, nhằm nâng cao tính tự động và an toàn. Thời gian thực hiện dự kiến 6 tháng, do nhóm kỹ thuật robot đảm nhiệm.

2. Cải tiến thuật toán điều khiển: Phát triển thuật toán điều khiển PID kết hợp với xử lý tín hiệu encoder để tăng độ chính xác và ổn định khi di chuyển trên địa hình phức tạp. Mục tiêu giảm sai số di chuyển xuống dưới 3% trong vòng 1 năm.

3. Tối ưu hóa cơ cấu truyền động và khung gầm: Thiết kế lại cơ cấu truyền động dây đai và khớp lắc bánh xe để tăng khả năng leo dốc và chịu tải, đồng thời giảm trọng lượng robot. Thời gian thực hiện 9 tháng, phối hợp giữa nhóm cơ khí và điện tử.

4. Phát triển phần mềm điều khiển nâng cao: Xây dựng phần mềm điều khiển robot với giao diện người dùng thân thiện, hỗ trợ lập trình chiến thuật thi đấu và giám sát trạng thái robot theo thời gian thực. Dự kiến hoàn thành trong 1 năm, do nhóm lập trình đảm nhận.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Luận văn cung cấp kiến thức thực tiễn về thiết kế và lập trình robot tự động, giúp nâng cao kỹ năng thực hành và nghiên cứu.

2. Kỹ sư phát triển sản phẩm robot công nghiệp: Tham khảo các giải pháp điều khiển vi điều khiển ATMEGA32 và ứng dụng encoder trong robot di chuyển chính xác, từ đó áp dụng vào các sản phẩm thực tế.

3. Giảng viên và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực robot và mechatronics: Tài liệu chi tiết về cơ sở lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và kết quả thực nghiệm hỗ trợ giảng dạy và phát triển đề tài nghiên cứu mới.

4. Doanh nghiệp sản xuất và ứng dụng robot tự động: Có thể áp dụng các giải pháp thiết kế và chế tạo robot dò line để phát triển các hệ thống tự động hóa trong sản xuất, giảm chi phí và tăng hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

1. Robot tự động dò line hoạt động dựa trên nguyên lý nào?
   Robot sử dụng vi điều khiển ATMEGA32 kết hợp encoder quang để nhận tín hiệu đường line màu trắng rộng 30mm, từ đó điều khiển động cơ di chuyển chính xác theo đường đã định sẵn.

2. Tại sao chọn ATMEGA32 làm bộ điều khiển trung tâm?
   ATMEGA32 có kiến trúc RISC, tốc độ xử lý cao, nhiều chân I/O và hỗ trợ PWM, ngắt ngoài, phù hợp cho các ứng dụng điều khiển robot với chi phí thấp và dễ lập trình.

3. Robot có thể tự động tránh vật cản không?
   Hiện tại robot chưa có khả năng tự động tránh vật cản động, người sử dụng phải lập trình và chỉ dẫn đường đi để tránh chướng ngại vật.

4. Phương pháp điều khiển động cơ sử dụng trong robot là gì?
   Robot sử dụng tín hiệu PWM do timer 16 bit của ATMEGA32 tạo ra để điều khiển tốc độ động cơ DC, giúp điều chỉnh chính xác và tiết kiệm năng lượng.

5. Các linh kiện chính được sử dụng trong thiết kế robot gồm những gì?
   Các linh kiện chính gồm vi điều khiển ATMEGA32, encoder quang, opto cách ly TLP521, mosfet IRF540N, relay, các cảm biến quang và các linh kiện điện tử hỗ trợ như điện trở, tụ điện, diode.

Kết luận

• Luận văn đã thiết kế và chế tạo thành công robot tự động dò line sử dụng vi điều khiển ATMEGA32 và encoder quang, đạt độ chính xác di chuyển trong phạm vi sai số dưới 5%.
• Robot có khả năng thực hiện các nhiệm vụ gắp và thả giỏ quà, leo dốc và vượt chướng ngại vật với tỷ lệ thành công cao, phù hợp với môi trường thi đấu mô phỏng.
• Ứng dụng tín hiệu PWM và timer 16 bit giúp điều khiển động cơ hiệu quả, giảm tiêu thụ năng lượng và tăng tuổi thọ thiết bị.
• Nghiên cứu góp phần giảm chi phí so với các hệ thống điều khiển PLC truyền thống, đồng thời mở ra hướng phát triển robot tự động trong công nghiệp và các lĩnh vực khác.
• Các bước tiếp theo bao gồm nâng cấp cảm biến tránh vật cản, cải tiến thuật toán điều khiển và tối ưu hóa cơ cấu truyền động để nâng cao hiệu suất và tính ứng dụng thực tế.

Mời quý độc giả và các nhà nghiên cứu tiếp tục theo dõi và phát triển các giải pháp robot tự động dựa trên nền tảng này nhằm thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp tự động hóa tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I: Các Lý Thuyế t Liên Quan -4- Luan van PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I. Cấu trúc của vùng thi đấu và các tiêu chuẩn 1. Sân thi đấu có kích thước 13x13m và được bao quanh bởi các hàng rào gỗ cao 100mm và dày 50mm. Các hàng rào này sẽ được bắt chặt xuống sân bằng ốc.

Sân thi đấu sẽ được chia đều cho hai đội và ngăn cách bởi một hàng rào gỗ cao 100mm, dày 50mm. Hai đội thi đấu sẽ có hai màu Xanh và Đỏ. Sân thi đấu bao gồm vùng cho Manual Robot, Automatic Robot và Starting Points, Restarting Points, Loading Areas, Common Zone và Island. Các kí hiệu tương ứng cho từng vùng theo thứ tự là A, C, M, L1, L2, L3, S1 và S2.

Và các kí tự này không cần phải được vẽ trên sân thi đấu thực tế.1: Hình dạng của vùng thi đấu. -5- Luan van PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Hình 1.2: Kích thước của vùng thi đấu. Vùng Robot bằng tay và vùng Robot tự động Các đường màu trắng có bề rộng 30mm được dán trên phần nền của vùng Robot tự động. Mỗi cạnh của ô vuông nằm trong đường màu trắng có kích thước là 470mm.

Hàng rào gỗ cao 100mm và dày nhất là 50mm sẽ được dùng để ngăn cách giữa vùng robot bằng tay với vùng robot tự động. -6- Luan van PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Hình 1.3 Kích thước của vùng thi đấu. (mặt bên)  Các khu vực xuất phát (Starting points)  Robot bằng tay phải xuất phát trong khu vực xuất phát cho Robot bằng tay (M)  Robot thu thập phải được đặt trong khu vực xuất phát cho Robot thu thập và được nâng lên bởi Robot bằng tay (C)  Robot tự động phải xuất phát trong khu vực xuất phát cho Robot tự động (A)  Vùng chung (common zone) Vùng chung là một hình hộp chữ nhật có chiều cao 100mm, rộng 500mm và dài 1985mm được sơn màu vàng. Hai lỗ hình tròn dày 12mm và đường kính 452mm được khoét trên bề mặt của vùng chung.

Hai cái giỏ được đặt vào hai lỗ tròn đó trước khi trận đấu bắt đầu. Mỗi đội chỉ có thể lấy một cái giỏ từ vùng chung -7- Luan van PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Hình 1. Giỏ (đựng quà) (The Basket) Hai cái giỏ được đặt tại hai lỗ tròn trên vùng chung. Giỏ có cấu tạo gồm ba phần: phần giỏ có đường kính 450mm và cao 400mm được làm từ tấm HIPS(475) và lưới nhựa hoặc lưới nylon, phần đế có đường kính 450mm làm từ HIPS (475), và phần hình trụ đường kính 80mm và cao 388mm làm từ ống nhựa PVC.

Khối lượng của giỏ là 2.5: Giỏ đựng quà 4. Tháp Bánh bao (Bun Tower) sẽ được đặt trên một bệ hình vuông (Đảo). Tháp bao gồm ba tầng và chi tiết được mô tả như sau :  Số lượng Bánh bao trên từng tầng : -8- Luan van PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Tầng đỉnh: Có 2 Bánh bao (Một cho đội xanh và một cho đội đỏ). Tầng giữa : Có 6 Bánh bao (3 Bánh bao cho mỗi đội) Tầng thấp nhất : Có 8 Bánh bao (4 Bánh bao cho mỗi đội).

 Khối lượng và kích thước của các Bánh bao Bánh bao tầng đỉnh: 105gm, đường kính 200mm, cao 150mm Bánh bao tầng giữa và tầng thấp nhất : 47gm, đường kính 150mm, cao 100mm Hình 1.6: Bánh bao  Đường kính của ba tầng Tầng đỉnh: 500mm Tầng giữa: 850mm Tầng thấp nhất : 1200mm -9- Luan van PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ  Độ cao của Tháp Bánh bao Tháp Bánh bao cao tổng cộng 1850mm (tính từ mặt trên của Đảo) Độ cao của từng tầng tính từ bề mặt của Đảo là : Tầng đỉnh: 1500mm Tầng giữa: 1000mm Tầng thấp nhất : 500mm Đế của Tháp Bánh bao cao 497mm tính từ bề mặt của Đảo đến đáy của của Tầng thấp nhất. Vị trí của hình trụ được cố định bằng cách xuyên qua tâm của ba cái khuyên tròn ở mỗi tầng của tháp hình nón.7 Sơ đồ bố trí bánh bao của tháp bánh bao  Góc đặt của các Bánh bao trong một tầng sẽ khác với các Bánh bao trong các tầng khác 5.1 Đảo là một vùng được nâng lên cao 400mm, độ rộng 3.030mm và dài 3. Nó được chia đều ra cho cả hai đội xanh và đỏ. Mỗi phần sẽ bao gồm một nửa kích thước của Tháp Bánh bao và một rãnh tròn khoét tại góc, nơi sẽ đặt giỏ quà, có độ sâu 12mm và đường kính 500mm.

Một giỏ quà sẽ được đặt tại Vùng đựng giỏ quà của Đảo bởi Robot bằng tay. -10- Luan van PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Hình 1. Vùng trung chuyển (Loading areas) Vùng trung chuyển 1 (L1) được đặt trên vùng Robot bằng tay và nằm gần vùng xuất phát của Robot tự động với chiều dài 1.965mm và rộng 1.9 Vùng L1 -11- Luan van PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Vùng trung chuyển 2 (L2), được xem như là bậc thang để lên Đảo, là một khối hình vuông với chiều cao 200mm và dài 1. Nó được đặt bên cạnh của Đảo Hình 1.10 Vùng L2 Vùng trung chuyển 3 (L3) được đặt gần Đường hầm.

Nó là một khối hình hộp chữ nhật với chiều cao 200mm, dài 1.550mm và rộng 1. Đường hầm & Hộp đựng thẻ (Tunnel & Token box) -12- Luan van PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Một Đường hầm được đặt tại vùng robot bằng tay. Kích thước bên trong của Đường hầm dài 2.200mm và cao nhất là 1. Mái của Đường hầm là dạng cong.12 Đường hầm -13- Luan van PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Hộp đựng thẻ được đặt bên cạnh Đường hầm.

Khe của Hộp đựng thẻ rộng 100mm và dài 400mm Hình 1. Thẻ (Token) Thẻ được đặt tại Trạm thẻ. Thẻ có đường kính 300mm và dày 20mm. Khối lượng của Thẻ là 170gm.14 : Thẻ Thẻ được làm từ polystyrene với hai mặt được dán nhãn (sticker).

Hình của hai mặt đó sẽ được thiết kế bởi mỗi đội chơi. Trong trận đấu quốc tế tổ chức chủ nhà sẽ cung cấp nhãn này -14- Luan van PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ cho mỗi đội. Từng trận đấu mỗi đội sẽ gửi bản mềm (softcopies) của nhãn thẻ cho tổ chức chủ nhà sau khi người đại diện của mỗi đội đã xác nhận. Chi tiết sẽ được cung cấp sau.

Trạm thẻ (Token stand) Trạm thẻ được cố định trên nền của Vùng robot bằng tay, nó gồm có ba phần: khung, đáy và phần chân chống. Khung hình vòm được làm từ hợp kim thép và rỗng bên trong. Độ dày của cái khung là 40mm, và độ rộng của không gian bên trong khoảng trống là 22mm. Chân chống được làm từ hợp kim với đường kính 40mm và cao 742mm.

Đáy của Trạm thẻ là đĩa hình tròn đường kính 350mm và dày 3mm Hình 1. Cầu (Bridge) Cầu được đặt trong Vùng robot tự động. Nó có hình thang ba chiều với độ dài 3.500mm và rộng 1. Đỉnh của Cầu cao 300mm.

-15- Luan van PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Hình 1. Chướng ngại vật (Obstructions) Các chướng ngại vật bằng gỗ cao 100mm và dày 50mm được đặt ở Vùng robot bằng tay và Vùng robot tự động. Các Robot phải di chuyển qua các các chướng ngại vật theo đường Zigzag. -16- Luan van PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ II.

Các lý thuyết liên quan 1.1 Sơ lược về ATMEGA32 và các thanh ghi liên quan. Atmega32 là bộ vi điều khiển CMOS 8 bit tiêu thụ điện năng thấp dựa trên kiến trúc RISC (Reduced Intruction Set Computer). Vào ra Analog-digital và ngược lại. Với công nghệ này cho phép các lệnh thực thi chỉ trong một chu kì xung nhịp, vì thế tốc độ xử lý dữ liệu có thể đạt đến 1 triệu lệnh trên giây ở tần số 1 Mhz.

Vi điều khiển này cho phép người thiết kế có thể tối ưu hoá chế độ độ tiêu thụ năng lượng mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lí.1:sơ đồ khối của Atmega32 Atmega32 có tập lệnh phong phú về số lượng với 32 thanh ghi làm việc đa năng. Toàn bộ 32 thanh ghi đều được nối trực tiếp với ALU (Arithmetic Logic Unit), cho phép truy cập 2 thanh ghi độc lập bằng một chu kì xung nhịp. Kiến trúc đạt được có tốc độ xử lý nhanh gấp 10 lần vi điều khiển dạng CISC (Complex Intruction Set Computer) thông thường. Khi sử dụng vi điều khiển Atmega16, có rất nhiều phần mềm được dùng để lập trình bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau đó là: Trình dịch Assembly như AVR studio của Atmel, Trình dịch C như win AVR, CodeVisionAVR C, ICCAVR.

C - CMPPILER của GNU… Trình dịch C đã được nhiều người dụng và đánh giá tương đối mạnh, dễ tiếp cận đối với những người bắt đầu tìm hiểu AVR, đó là trình dịch CodeVisionAVR C. Phần mềm này hỗ trợ nhiều ứng dụng và có nhiều hàm có sẵn nên việc lập trình tốt hơn. Sơ đồ chân Atmega32: -17- Luan van PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Hình 1.2:sơ đồ chân của Atmega32 1.2 Các Port I/O của AVR, đinh ̣ cấ u hin ̀ h ở các chân. Tất cả các Port của AVR đều có các hàm Read- Modify- Write khi sử dụng các Port I/O thông thường.

Điều này có nghĩa trực tiếp đến một Port có thể thay đổi không lường trước, thay đổi trực tiếp của bất kỳ chân nào với những chỉ dẫn SBI và CBI. Cùng ứng dụng khi thay đổi điều khiển (nếu định cấu hình tương tự đầu ra) hay enable / disable sự tăng giá trị trên những điện trở (nếu định cấu hình tương tự như đầu vào). Trình điều khiển chân đủ mạnh để điều khiển hiển thị led trực tiếp. Tất cả các chân có thể được chọn lựa riêng lẻ tăng điện trở lên với chế độ điện áp không đổi cho điện trở.

3 địa chỉ bộ nhớ I/O được cấp phát cho mỗi Port, mỗi từng cái cho bộ thanh ghi dữ liệu Portx, thanh ghi điều khiển dữ liệu DDRx và chân Port vào PINx. Những chân ngõ nhập được định vị I/O chỉ đọc , trong khi thanh ghi dữ liệu và thanh ghi điều khiển dữ liệu là đọc/ ghi. Những Port có 2 hướng I/O với sự lựa chọn tăng lên từ bên trong. Định cấu hình cho các chân.

- Với mỗi chân đồng nhất của 3 thanh ghi bits : DDxn, Portxn và PINxn. Những bit của DDxn được truy cập tại địa chỉ I/O của DDRx, Portxn tại địa chỉ I/O củaPortx, PINxn tại địa chỉ I/O của PINx. - Bit DDxn của thanh ghi DDRx được lựa chọn trực tiêp trong chân này. Nếu DDxn được ghi theo logic 1, Pxn được định dạng như một Port ra.

Còn nếu ghi theo logic 0, Pxn được định dạng như một Port vào. Nếu Portxn được ghi theo logic 0 khi chân được thiết lập tương tự như một đầu vào sẽ đẩy điện trở lên cao. Switch đẩy điện trở về 0.