Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 2 : ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 2 : ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tải bản đầy đủ - 0trang

CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU



Hình 2.1. Cấu trúc và hình dạng của vi điều khiển Arduino mega 2560



Hình 2.2 Ảnh thực tế và cách phân bố các cổng , các chân của vi điều khiển



2.1.1.2 Sheild của arduino

Sheild – hay còn gọi là mạch mở rộng cho vi điều khiển, được ra đời nhằm giản

lược bớt các công đoạn nối dây,giúp sản phẩm đạt độ thẩm mỹ cao. Ngoài ra trên các

shield được thiết kế chuyên biệt cho một số nhiệm vụ nhất định nên sẽ có thêm các

cơng cụ được tích hợp sẵn để hỗ trợ nhiệm vụ đó.

Hiện tại có rất nhiều shield tuyệt vời cho Arduino Mega, có thể kể đến một số như sau



SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương



CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU



Hình 2.3. Mạch điều khiển máy in 3D RAMPS 1.4



Hình 2.4. Arduino Shield Mega Proto



Hình 2.5. WiFi Shield



2.1.1.3 Khả năng ứng dụng của vi điều khiển vào sản phẩm

Được biết đến như một vi xử lý,mạnh mẽ, đa năng và thông dụng , sản phẩm sử

dụng board arduino MEGA2560 được biết đến như các dự án lớn với nhiều cảm biến,

thành phần nhằm tận dụng tối đa số lượng chân I/O trên vi điều khiển.

SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương



CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU



Với sự tiện ích vơ cùng lớn của Arduino Mega 2560, mạnh mẽ với bộ nhớ flash lớn, số

chân nhiều hơn và cùng số lượng shield hỗ trợ không hề nhỏ. Arduino Mega đã được

đưa vào các dự án lớn hơn như xử lý thông tin nhiều luồng, điều khiền nhiều động cơ,

xe điều khiển từ xa, LED cube, mở rộng cánh cửa đến với thế giới IoT.

2.1.2 Động cơ bước 28BYJ-48 – 5V

2.1.2.1 Sơ khảo về động cơ bước

Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa

số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để

biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các

chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rơto có khả năng cố định rơto vào

các vị trí cần thiết.

Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên

có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học. Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển

mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định.

Tổng số góc quay của rơto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và

tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.

Về cấu tạo, động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ: Động cơ

một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ.

Động cơ bước thường sử dụng động cơ khơng tiếp xúc trượt có từ 50 -100 điểm cực.

Động cơ bước (STEP) không cần mã hóa, vì chúng có thể di chuyển chính xác tới các

vị trí của gần 100 điểm cực từ trong động cơ.

Động cơ bước điều khiển các bước bằng cách cấp xung điện vào các cuộn dây, tùy

theo cấu tạo mà động cơ bước có góc quay 1 xung khác nhau. Điển hình là loại động

cơ bước 1,8 độ / 1 bước ... quay hết 1 vòng 360 độ thì cần 200 bước ( gọi là FULL

STEP ), động cơ bước có thể điều khiển ở các chế độ khác như half step ( nửa bước

0,9 độ ) , micro step ( cấp độ nhỏ hơn nữa ) và cần nhiều hơn 400 xung ... càng ở chế

độ nhiều xung thì động cơ quay càng mịn ( khơng bị giật giật ( bước )), các động cơ

bước khơng có chổi than, roto được làm từ các cặp cực nam châm vĩnh cửu nên về lý

thuyết rất bền theo thời gian khi hoạt động đúng thơng số.

2.1.2.2 Động cơ bước 28BYJ-48



Hình 2.6. Động cơ bước 28BYJ-48



SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương



CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU



Động cơ bước sử dụng trong sản phẩm là động cơ bước 4 pha (thực ra là 2 pha

được chia ra làm 2 ở mỗi pha ngay tại vị trí giữa) (gồm 5 dây), 4 trong 5 dây này được

kết nối với 2 cuộn dây trong động cơ và 1 dây là dây nguồn chung cho cả 2 cuộn dây.

Mỗi bước của động cơ quét 1 góc 5.625 độ, vậy để quay 1 vòng động cơ phải thực

hiện 64 bước.

Bảng 2.2 thông số kỹ thuật của động cơ bước 28BYJ-48 [2]



Điện thế hoạt động



5V



Số pha



4 ( pha )



Tỉ lệ bánh rang



*64



Một bước tương đương



5.625° (64 bước)



Tần số



100Hz



Điện trờ trong



50Ω±7%(25℃)



Hình 2.7. Kích thước của động cơ bước 28BYJ-48



2.1.2.3 Mạch đệm ULN2003 [4]

Điện áp cung cấp: 5 ~ 12VDC.

Tín hiệu ngõ vào: 4 chân in1, in2, in3, in4.

Tìn hiệu ngõ ra: Jack cắm động cơ bước 28BYJ-48.

4 led hiển thị trạng thái hoạt động của động cơ.



SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương



CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU



Hình 2.8. Mạch đệm ULN2003



Hình 2.9. Sơ đồ kết nối mạch đệm với động cơ bước và vi điều khiển.



Mạch cho phép chúng ta điều khiển được động cơ bước một cách đơn giản với các tích

hợp led, các cổng vào ra, cổng tính hiệu,.. giúp ta dễ dàng quan sát và điều chỉnh thích

hợp.



SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương



CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU



2.1.2 Servo SG90

Động cơ RC Servo 9G là động phổ biến dùng trong các mơ hình điều khiển nhỏ và

đơn giản như cánh tay robot. Động cơ có tốc độ phản ứng nhanh, được tích hợp sẵn

Driver điều khiển động cơ, dễ dàng điều khiển góc quay bằng phương pháp điều độ

rộng xung PWM.

Động cơ servo được thiết kế những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động

cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi

tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của

động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn.

Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác. Các

động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô tuyến được gọi là động cơ servo RC (radiocontrolled). Trong thực tế, bản thân động cơ servo không phải được điều khiển bằng

vơ tuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyến trên máy bay hay xe hơi. Động cơ servo

nhận tín hiệu từ máy thu này.

RC servo là một loại động cơ điện đặc biệt có khả năng quay cơ cấu chấp hành tới một

vị trí chính xác và giữ cứng tại vị trí đó ngay cả khi cơcấu chấp hành bị đẩy trở lại. Dải

góc quay chuẩn của đầu trục ra thường là 90 và 180 độ. Trên thị trường thế giới có rất

nhiều loại servo khác nhau do nhiều nước sản xuất.

Có nhiều cách phân loại servo:

Phân loại về nguồn cấp: có servo 1 chiều, servo xoay chiều 1 pha, servo xoay chiều 3

pha.

Phân loại về vật liệu làm hộp giảm tốc có: bằng composit, kim loại, hợp kim.

Về phương pháp điều khiển, servo có hai loại cơ bản: analog và digital.

Bề ngồi thì khơng có gì khác nhau và về cơ bản, các phần bên trong cũng không

phân biệt nhiều ngoại trừ một vài phần điện tử, digital servo có một bộ vi xử lý.



Hình 2.10. Servo Sg 90 và sơ đồ chân



2.1.3.1 Thông số kỹ thuật [3]

Khối lượng : 9g

Kích thước: 22.2x11.8.32 mm

SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương



CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU



Momen xoắn: 1.8kg/cm

Tốc độ hoạt động: 60 độ trong 0.1 giây

Điện áp hoạt động: 4.8V(~5V)

Nhiệt độ hoạt động: 0 ºC – 55 ºC

2.1.3.2 Điều khiển

Kết nối dây màu đỏ với 5V, dây màu nâu với mass, dây màu cam với chân phát xung

của vi điều khiển. Ở chân xung cấp một xung từ 1ms-2ms theo để điều khiển góc quay

theo ý muốn.



Hình 2.11. Giản đồ điều khiểu bằng xung của servo Sg 90



Điều khiển servo bằng biến trở:



Hình 2.12 Mạch thử nghiệm điều khiển servo bằng biến trở



Ta nhập code thử nghiệm sau:

#include
Servo myservo;

int bientro = A0;

int servoPin = 9;

void setup ()

{

myservo.attach(servoPin);

Serial.begin(9600);

SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương



CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU



}

void loop ()

{

int value = analogRead(bientro);

int servoPos = map(value, 0, 1023, 0, 180);

myservo.write(servoPos);

Serial.println(servoPos);

delay(100);

}

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Với đề tài này, ta áp dụng nhiều phương pháp để có thể hồn thành.

Đầu tiên, ta cần tiếp cận nguồn thơng tin cơ bản trên internet để tìm hiểu sơ bộ về đề

tài, những hạn chế và ưu điểm của những người tiền nhiệm sau đó đề ra phương án

thực hiện.

Tham khảo trên các trang mạng chia sẻ thông tin liên quan như: Google.com,

youtube.com, github.com, Arduino.cc ,.. ngồi ra còn có nhiều diễn đàn để các thành

viên trao đổi kinh nghiệm với nhau, giải đáp các thắc mắc thực tế gặp phải trong q

trình thực hiện đề tài, nghiên cứu, để có cái nhìn tổng qt về đề tài cũng như có

những dự tính các hướng đi phù hợp để đạt được hiệu quả cao.

Ngồi các trang thơng tin cơ bản phổ biến trên internet thì các sách cũng như báo cáo

khoa học về vấn đề liên quan trong đề tài ( cụ thể ở đây là robot cánh tay phổ biến

trong công nghiệp ) cũng chứa nhiều yếu tố cần tham khảo để hoàn thiện đề tài. Hơn

nữa các loại sách, báo cáo khoa học có mức độ tin cậy cao hơn so với các kiến thức

trên mạng internet vì có tính chất kỹ lưỡng hơn, lời văn mạch lạc, dễ hiểu và độ sai sót

thấp hơn rất nhiều.

Sau khi tìm hiểu kỹ lưỡng và có kế hoạch từng bước cụ thể, giai đoạn thực hiện đề tài

cũng cần có nhiều phương pháp triển khai hợp lý, quản lý thời gian làm việc với đề tài

cũng như viết báo cáo là một nhân tố cần thiết để đảm bảo đúng và chính xác tiến độ

thực hiện.

Cụ thể trong đề tài, điều đầu tiên cần quan tâm đến chất lượng nhựa in 3D để tạo nên

các chi tiết cần có của cánh tay robot, nhựa PLA là một lựa chọn hợp lý với giá cả

cũng như là chất lượng đảm bảo, sau đó q trình in cần nhiều điều chỉnh để cho ra chi

tiết phù hợp với yêu cầu của đề tài, quá trình mất khoảng một tuần để cho ra đủ các chi

tiết cơ bản để tạo nên cánh tay. Các lựa chọn ốc vít phù hợp đã được tính tốn sẵn ( ở

đây ta chọn 2 loại kích thước ốc vít : đường kính 3mm và 4mm, đặc biệt trục xoay ở

giữa sử dụng loại vít 6mm) được ghép nối kết hợp với vòng đệm bằng thép để bảo vệ

các khớp không bị siết dẫn đến hư hỏng khớp, kết nối các động cơ bước vào các vị trí

thích hợp, sau đó lập trình chạy thử nghiệm 1 động cơ trước, đánh giá chuyển động và

tốc độ, độ nhạy khi điều khiển, độ nhiễu và đảm bảo dòng cung cấp cho các động cơ

bước khi hoạt động, tránh trường hợp thiếu dòng dẫn đến động cơ khơng hoạt động.



SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương



CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU



Cần chú ý khi lắp ráp phần trục chuyển động lên và xuống để tránh nhầm lẫn dẫn đến

hư hỏng chi tiết



Hình 2.12 Trục chuyển động giữa



Tiếp theo, ta cần thiết kế một bảng điện để giảm thiểu sự rườm rà về dây điện khi kết

nối, chúng ta sử dụng trên 10 dây trong đề tài, vì thế sự rối rắm trong vấn đề dây kết

nối sẽ dẫn đến việc rối, ngoài ra dây kết nối động cơ bước với mạch điều khiển mỏng

và dễ đứt gãy, sử dụng cáp nhựa bọc để thu gọn dây kết nối là một biện pháp hữu hiệu

để tránh hư hỏng khi vận chuyển cũng như lưu trữ.



SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương



CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU



Hình 2.13 Cáp bọc dây kết nối



Sau khi hoàn thành kết nối phần cứng, giai đoạn lập trình và thử nghiệm sẽ quyết định

độ chính xác và ổn định của sản phẩm, với thư viện hỗ trợ điều khiển động cơ bước và

servo là servo.h và stepper.h của Arduino IDE giúp dễ dàng nắm bắt và thuần thục việc

điều khiển động cơ bước và servo hơn.



Hình 2.14 Thư viện servo và động cơ bước



SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương



CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN



CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 KẾT QUẢ

Sau một thời gian thực hiện đề tài, kết quả thu được khả quan, có thể đáp ứng được

yêu cầu của đề tài, tuy nhiên cũng gặp nhiều khó khăn tất yếu như độ bền của linh

kiện, nhiễu tín hiệu, code gặp vấn đề,..

3.1.1 Phần cứng

3.1.1.1 Tổng quan hệ thống

Hệ thống được lắp ghép với các kết nối bằng ốc vít loại 3 mm và 4mm với một số

khớp, ngoài ra, phần trục ở vị trí đế được lắp thêm ổ bi giúp chuyển động tốt hơn.



Hình 10 . Ổ bi trong trục xoay ở đế



Hình 3.1. Kích thước sơ bộ của cánh tay



SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 2 : ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×