Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển tay máy phục vụ đào tạo nghề sử dụng vi điều khiển AVRAT mel

Trong những năm gần đây, xu hướng mới là chế tạo các robot thông minh và thân thiện với con người như: Robot y khoa, robot giúp việc, giúp người … Mặc dù có nhiều nỗ lực để phát triển robot thông minh, nhưng các loại robot có thể mô phỏng nhiều chức năng của con người
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển tay máy phục vụ đào tạo nghề sử dụng vi điều khiển AVRAT mel THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY PHỤC VỤ ĐÀO TẠO NGHỀ SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN AVR ATmel KS. ĐÀO ANH TUẤN Học viên cao học lớp KTĐT K13 PGS. TS. LÊ HÙNG LÂN Bộ môn Điều khiển học Khoa Điện - Điện tử Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bài báo giới thiệu một số kinh nghiệm trong nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển cho tay máy 3 bậc tự do sử dụng vi điều khiển AVR. Điều này góp phần làm sáng tỏ khả năng tự thiết kế, chế tạo trong nước các loại robot sử dụng trong đào tạo và sản xuất. Summary: The paper presents some experiences in the design of a controller for robot- arm with 3 degrees of freedom using AVR microcontroller. This helps to prove the possibility of robot self designing and manufacturing in Viet Nam. ĐT I. ĐẶT VẤN ĐỀ Hơn nửa thế kỷ qua kể từ khi ra đời, robot đã phát triển mạnh mẽ và đã góp phần đáng kể làm thay đổi bộ mặt của nền sản xuất – xã hội. Trong ứng dụng công nghiệp, từ những tay máy điều khiển từ xa cho ngành hoá phóng xạ ban đầu, ngày nay robot đã được sử dụng rộng khắp trong các lĩnh vực gia công, lắp ráp của nhiều ngành sản xuất như năng lượng, ô tô, máy bay, sản phẩm điện - điện tử,… Ở các nước tiên tiến (G8), số lượng robot công nghiệp được ứng dụng trong thập niên qua tăng gấp đôi (từ 400.000 /1991 đến 800.000 chiếc/2000). Các nước phát triển khác cũng có mức tăng tương ứng nhưng với số lượng ít hơn 1 bậc. Điều này cho thấy sự đầu tư nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng robot ở các nước đã rất được chú trọng và hiệu quả. Trong những năm gần đây, xu hướng mới là chế tạo các robot thông minh và thân thiện với con người như: Robot y khoa, robot giúp việc, giúp người … Mặc dù có nhiều nỗ lực để phát triển robot thông minh, nhưng các loại robot có thể mô phỏng nhiều chức năng của con người vẫn còn những hạn chế nhất định, do đòi hỏi sự phát triển của công nghệ về trí tuệ nhân tạo. Ở nước ta, trong thập niên qua, tình hình ứng dụng robot có những sự thay đổi lớn. Nhu cầu tự động hoá để nâng cao năng suất, chất lượng và giảm giá thành sản phẩm đã buộc nhiều doanh nghiệp phải nhập các thiết bị robot trong dây chuyền sản xuất. Điều này cũng tạo điều kiện cho các đề tài nghiên cứu trước đây được đưa ra ứng dụng. Đồng thời cũng đặt ra yêu cầu to lớn cho nghiên cứu và đào tạo về các hệ thống robot để phát triển ngành này ở nước ta. Hiện nay, tại các trường đại học, các mô hình tay máy đều phải nhập ngoại, giá thành cao và rất khó khăn để hiệu chỉnh hay sửa chữa. Trong bài báo này trình bày việc nghiên cứu sử dụng vi điều khiển AVR để thiết kế, chế tạo bộ điều khiển cho tay máy 3 bậc tự do MENTOR của mô hình nhập ngoại đã hỏng trong phòng thí nghiệm bộ môn Điều khiển học trường Đại học GTVT. Điều này ngoài việc giúp cho hồi phục mô hình thí nghiệm phục vụ đào tạo, nghiên cứu còn góp phần làm sáng tỏ khả năng làm chủ công nghệ chế tạo robot, tay máy trong nước. II. NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY Đ ầu cơ khí MENTOR của phòng thí nghiệm là kiểu quay có motor đặt trực ti ế p trên t ừ ng kh ớ p, vì vậy khi vận hành góc quay tuyệt đối là độc lập. Điều này cho phép khảo sát những bài tập cơ bản sử dụng cho mục đích đào tạo. Kiểu quay có khớp quay, có khả năng mô phỏng hoạt động của tay người. Thiết bị có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như cung cấp phôi hoặc linh kiện, vận chuyển hàng hoá, hàn,… Phần điều khiển tay máy cần phải đáp ứng các yêu cầu sau: - Phần cứng: Thiết bị có 3 kênh điều khiển riêng cho các động cơ DC của mỗi bậc tự do và 3 kênh cho tay gắp, được kết nối với bộ điều khiển chung có ghép nối với máy tính. ĐT - Phần mềm bao gồm: + Phần mềm điều khiển vận hành tay máy từ máy tính hoặc từ thiết bị điều khiển trực tiếp. + Phần mềm ứng dụng phục vụ đào tạo – huấn luyện, xây dựng theo các kiểu thuật toán điều khiển: PID, PIV. Hệ thống cho phép thực hành và giám sát hoạt động của tay máy (bằng biểu đồ và bảng số) theo các giá trị điều khiển và trạng thái điều khiển, cung cấp các phương tiện phần cứng và phần mềm cho phép phát triển các nghiên cứu ứng dụng và thực hành (Điều khiển theo thuật toán của người sử dụng (trên nền C# cho hệ thống mở). Để thiết kế phần cứng bộ điều khiển về nguyên tắc có thế sử dụng các phương án: vi xử lý, PLC hay thủy lực, nhưng ở đây vi điều khiển AVR của ATmel, cụ thể là vi mạch ATmega 32 của Atmel Corporation được lựa chọn. ATmega 32 thuộc loại vi điều khiển 8 bit, có kiến trúc RISC (Reduced Intruction Set Computer) tiên tiến. Đây là kiến trúc phổ biến của các bộ vi điều khiển hiện đại. ATmega 32 còn nổi bật với cấu trúc Hardvard cải tiến là cấu trúc có bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu riêng, có hiệu suất cao, công suất thấp, có tốc độ xử lý lên đến 16 MIPS (million instructions per second) tại 16MHz, … Các công cụ phục vụ công tác thiết kế được sử dụng gồm có: AVR Studio và KIT phát triển STK500 (hình 1) của hãng ATmel. AVR Studio, version 4.14 là công cụ đang được sử dụng hiệu quả nhất để gỡ rối các chương trình dùng cho tất cả các vi điều khiển AVR còn KIT phát triển STK 500 là thiết bị hoàn hảo cho phép lập trình cho tất cả vi điều khiển AVR. KIT STK500 có một vi điều khiển chủ, đóng vai trò điều khiển tất cả quá trình trên bản mạch và truyền thông với máy tính qua cổng RS232. Một ...