Chương 1. TÌM HIỂU VỀ ROBOT I. mục đích: Mục đích thiết kế , thi công và điều khiển Robot để tham dự cuộc thi ROBOCON do đài truyền hình tổ chức. Trong cuộc thi này Robot chạy trên nền sân như sau: Figure 1-Hình sân thi đấu.
Trên sân có hai độ i, một đội đỏ và một đội xanh. Hai đội cùng nhau lấy quà và đặt quà vào vị trí cố định để ghi thật nhiều điểm. Sau ba phút đội nào ghi nhiều điểm thì đội đó thắng. SVTH: Đỗ Ngọc Dũng –710015D ---07DD3N Page 1 GVHD:Th.s Hoàng Trung Hiếu Thiết kế, thi công và điều khiển Robot Giới thiệu về sân: Có vùng cho Robot bằng tay(manual machine area).
Có vùng cho Robot tự động(autonomous machine area). Có vùng chung cho Robot bằng tay và Robot tự động(common area). Yêu cầu: Để thiết kế Robot ta phải theo luật của nó, trong cuộc thi này cũng vậy. Em xin giới thiệu sơ lược vài ý như sau: Khối lượng của tất cả Robot không quá 50 kg.
Khi xuất phát tất cả Robot phải đặt trong diện tích 1m2. Chiều cao tối đa trong vùng khỡi động là 1m. Khi Robot khỡi động chiều dài vương ra không quá 1m35. Khối quà gần cao 75 cm.
Khối quà trung tâm cao 1m5. Chú ý: Là ở khối quà trung tâm , phải có hai Robot tự động cỡi nhau để lấy quà để không bị phạm lỗi. Hoặc Robot bằng tay nâng Robot tự động để lấy quà. Khi thi đấu không làm hư mặt sân thi đấu.
Không cố tình làm hư Robot đội bạn. SVTH: Đỗ Ngọc Dũng –710015D ---07DD3N Page 2 GVHD:Th.s Hoàng Trung Hiếu Thiết kế, thi công và điều khiển Robot Chương 2. GIỚI THIỆU THIẾT BỊ. Động cơ DC: Thành phần quan trọng nhất của Robot chính là truyền động, một trong phần tử tạo nên truyền động đó chính là động cơ.
Động cơ sẽ tạo nên sức mạnh cũng như độ chính xác cho Robot của bạn. Vậy bạn chọn động cơ như thế nào cho phù hợp? Mỗi loại động cơ có một ưu điểm riêng vì thế mà ta có ứng dụng riêng cho mỗi loại động cơ. Động cơ không có hộp giảm tốc thường tốc độ lớn và moment yếu. Để đưa vào ứng dụng thì bạn cần giảm tốc độ qua bộ giảm tốc răng hoặc đai.
Figure 2-Động cơ DC không giảm tốc. SVTH: Đỗ Ngọc Dũng –710015D ---07DD3N Page 3 GVHD:Th.s Hoàng Trung Hiếu Thiết kế, thi công và điều khiển Robot Figure 3-Hình động cơ DC không giảm tốc. Động cơ có giảm tốc thì moment lớn nhưng tốc độ thường không lớn, vấn đề là bạn phải chọn động cơ nào cho phù hợp tốc độ và moment. Figure 4-Động cơ DC có hộp giảm tốc.
Động cơ servo DC thường không có hộp giảm tốc nhưng có hồi tiếp về bằng xung bạn có thể giảm tốc xuống để sử dụng để tăng moment , bạn có thể điều khiển động cơ theo tốc độ là tốt nhất. Figure 5-Động cơ DC servo. Ngoài ra còn có nhiều loại khác nữa , nhưng ba loại trên là thường có nhiều trên thị trường chúng ta. Tức nhiên là chúng ta thường mua các loại động cơ đã qua sử dụng.
SVTH: Đỗ Ngọc Dũng –710015D ---07DD3N Page 4 GVHD:Th.s Hoàng Trung Hiếu Thiết kế, thi công và điều khiển Robot Sau đây là cách gắn động cơ vào: Figure 6-Cách gắn động cơ. Đó chỉ là một trong nhữ ng cách thông thường hay gắn động cơ. Ngoài ra tùy thuộc vào trường hợp mà ta có những cách gắn động cơ riêng. Cảm biến: Sử dụng cảm biến công nghệp của hãng Keyency, là loại thu phát hồng ngoại bốn đầu ra.
Output(Black):0_40 V, 100mA max. Stabily(Orange): 0- 40V, 50mA max. Chú ý là ngõ ra của cảm biến là Transistor , do đó mình cần kéo nguồn cho ngõ ra. Như biễu diễn hình bên dưới.
SVTH: Đỗ Ngọc Dũng –710015D ---07DD3N Page 5 GVHD:Th.s Hoàng Trung Hiếu Thiết kế, thi công và điều khiển Robot 12V VCC R3 R4 R R 4 sensor1 1 ISO1 PC817 output sensor 2 3 Figure 7-Cách sử dụng cảm biến. Ngõ đọc tín hiệu về đưa vào vi xử lý chính là tín hiện sensor 1 sau khi đã chuyển áp về 5V qua opto PC817. Giới thiệu vi điều khiển PIC 18F4431. Modun điều khiển PWM 14 bit 4 kênh đôi với ngõ ra bù.
Hổ trợ thao tác cạnh hoặc mức. Ngõ vào bảo vệ lỗi phần cứng. Cập nhận đồng thời chu kỳ nhiệm vụ và chu kỳ. Linh hoạt với ngõ ra kích khởi sự kiện.
Modun motion feedback. Ba kênh chốt/bắt giữ ngõ vào riêng biệt. Chế độ vận hành linh hoạt cho các ứng dụng đo chu kỳ và độ rộng xung. Modun giao diện cảm biến Hall.
Tính năng kích khởi sự kiện đến các modun khác. Giao diện Quadrature encoder. Hai ngõ vào phase và một ngõ vào index từ encoder. Cho phép theo dõi mức cao/thấp, trạng thái chiều và thay đổi hướng ngắt.
SVTH: Đỗ Ngọc Dũng –710015D ---07DD3N Page 6 GVHD:Th.s Hoàng Trung Hiếu Thiết kế, thi công và điều khiển Robot Phép đo vận tốc. Bộ chuyển đổi ADC 10 bit 200ksps, tốc độ cao. 9 kênh ngõ vào. Lấy mẫu đồng thời 2 kênh ngõ vào.
Lấy mẫu tuần tự 1,2 hoặc 4 kênh. Khả năng chuyển đổi tự động. 4 word FIFO cho phép lựa chọn tần số ngắt. Sự lựa chọn kích khởi từ bên ngoài.
Thời gian nhận lập trình được. Cấu trúc bộ dao động linh hoạt. 4 kiểu dao động tinh thể đến 40Mhz. 2 modun xung clock ngoài đến 40Mhz.
Khối dao động nội. + Cho phép người sử dụng lựa chọn 8 tần số từ 31Khz đến 8Mhz. + OSCTUNE có thể bù sự trôi tần số. Nguồn dao động phụ sử dụng cho timer 1 tần số 31Khz.
Dò và tự phục hồi xung clock. + Tắt nguồn của thiết bị nếu xung clock bị lỗi. Chế độ quản lý nguồn. +Run: CPU on, ngoại vi on.
+Idle: CPU off, ngoại vi on. +Sleep: CPU off, ngoại vi off. +Bộ dao động hai tốc độ khởi động. Những điểm mạnh của ngoại vi.
Dòng ngõ ra cao 25mA. Ba ngõ vào ngắt ngoài. Hai modun bắt giữ, so sánh, điều biến độ rộng xung. + Chế độ capture 16 bit, độ phân giải tối đa 6.
+ Chế độ compare 16 bit, độ phân giải tối đa 100 ns. + Ngõ ra PWM, PWM độ phân giải từ 1 đến 10 bit. Bổ sung module USART. SVTH: Đỗ Ngọc Dũng –710015D ---07DD3N Page 7 GVHD:Th.s Hoàng Trung Hiếu Thiết kế, thi công và điều khiển Robot + Hỗ trợ RS_485, RS_232 và LIN 1.2 +Tự động thức dậy trên bit start.
o Chế độ dò tự động. RS_232 hoạt động dùng xung clock nội. Các tính năng đặc biệt của vi điều khiển. Tăng cường bộ nhớ chương trình Flash với 100.000 chu kỳ đọc ghi.
Bộ nhớ dữ liệu EEPROM với 1.000 chu kỳ đọc ghi. Bộ nhớ Flash và dữ liệu EEPROM duy trì trong 100 năm. Tự lập trình được với phần mềm điều khiển. Chế độ ngắt mức ưu tiên.
Mở rộng timer Watchdog: chu kỳ lập trình được từ 41ms đến 131s. Lập trình tuần tự sử dụng nguồn đơn trên mạch. Figure 8-Sơ đồ chân của PIC18F4431. CẤU HÌNH CÁC BỘ DAO ĐỘNG a.
Các loại dao động. PIC 18F4431 có thể hoạt động trong 10 chế độ dao động khác nhau. Người sử dụng có thể lập trình cấu hình các bit F0SC3:F0SC0 trong thanh ghi cấu hình 1H để lựa chọn 1 trong 10 chế độ. LX Dao động tinh thể nguồn thấp.
SVTH: Đỗ Ngọc Dũng –710015D ---07DD3N Page 8 GVHD:Th.s Hoàng Trung Hiếu Thiết kế, thi công và điều khiển Robot XT Tinh thể/bộ cộng hưởng. HS Tinh thể/bộ cộng hưởng tốc độ cao. HSPLL Tinh thể/bộ cộng hưởng tốc độ cao với cho phep PLL RC Dao động tụ điện/điện trở bên ngoài với Fosc/4 ngõ ra trên chân RA6. RCIO Dao động tụ điện/điện trở bên ngoài với I/O trên chân RA6.
INTIO1 Bộ dao động nội với Fosc/4 ngõ ra trên chân RA6 và I/O trên chân RA7. INTIO2 Bộ dao động nội với Fosc/4 ngõ ra trên chân RA6 và RA7. EC Xung clock bên ngoài với ngõ ra Fosc/4. ECIO Xung clock bên ngoài với I/O trên RA6.
Bộ dao động tinh thể/cộng hưởng. Trong các chế độ dao động XT,LP,HS hoặc HSPLL một tinh thể hoặc bộ cộng hưởng gốm được kết nối vào chân OSC1 và OSC2 để thiết lập dao động. SVTH: Đỗ Ngọc Dũng –710015D ---07DD3N Page 9 GVHD:Th.s Hoàng Trung Hiếu Thiết kế, thi công và điều khiển Robot Cấu hình XT,LP,HS và HSPLL Table 1-giá trị tụ điện cho bộ cộng hưởng gốm. Gía trị tụ điện cho bộ cộng hưởng gốm.
Table 2-giá trị tụ cho bộ giao động tinh thể. Giá trị tụ điện cho bộ dao động tinh thể. Khối dao động nội. PIC 18F4431 có sẵn một khối dao động nội, nó tạo ra hai tín hiệu clock khác nhau có thể sử dụng như một nguồn xung clock hệ thống.
Khối này cho phép loại bỏ các bộ dao động bên ngoài trên chân OSC1 và OSC2. Ngõ ra chính (INTOSC) là một nguồn xung clock 8MHz có thể sử dụng trực tiếp để cung cấp cho xung clock của hệ thống. Nếu sử dụng bộ chia nó có thể cung cấp một dãy tần số từ 125KHz đến 4MHz để lựa chọn. Ngõ ra INTOSC sẽ được cho phép khi tần số xung clock của hệ thống từ 125KHz đến 8MHz được lựa chọn.
Ngoài ra còn có một nguồn dao động nội RC (INTRC) cung cấp tần số 31KHz. Dao động INTRC được cho phép bởi việc lựa chọn khối dao động nội như là một nguồn xung clock hệ thống hoặc theo sau bất kì một cho phép: Power_up timer. Fail_safe Clock Monitor. SVTH: Đỗ Ngọc Dũng –710015D ---07DD3N Page 10 GVHD:Th.s Hoàng Trung Hiếu Thiết kế, thi công và điều khiển Robot Watchdog Timer.
Two_speed Start_up. Figure 9-các nguồn dao động của PIC18F4431 3. I/O PORTS PIC 18F4431 có 40 chân gồm 5 ports I/O. Trong đó có một số chân đa công dụng, một chân có thể hoạt động như một đường xuất nhập I/O hoặc là một chân chức năng đặc biệt dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi.
Mỗi port có 3 thanh ghi điều khiển. SVTH: Đỗ Ngọc Dũng –710015D ---07DD3N Page 11 GVHD:Th.s Hoàng Trung Hiếu Thiết kế, thi công và điều khiển Robot a. PORTA, TRISA và thanh ghi LATA. Port A gồm 8 chân từ RA0-RA7, việc ghi các giá trị vào thanh ghi TRISA sẽ quy định các chân của Port A là Input hay Output.
Nếu 0 là Output, 1 là input. Việc đọc thanh ghi Port A sẽ đọc trạng thái các chân của PortA. Việc ghi giá trị vào thanh ghi PortA sẽ thay đổi trạng thái của các chân PortA. Cấu trúc tổng quát của 1 port I/O.