Đồ án Thiết kế hệ điều khiển vị trí của máy đo 3 toạ độ

chÕ ®é tù n¹p l¹i 8 bit. Byte thÊp cña bé ®Þnh thêi ho¹t ®éng ®Þnh thêi 8 bit trong khi byte cao cña bé ®Þnh thêi l­u gi÷ gi¸ trÞ n¹p l¹i. Khi sè ®Õm trµn tõ FFH xuçng 00H, kh«ng chØ cê trµn cña bé ®Þnh thêi ®­îc set lªn 1 mµ gi¸ trÞ trong TH cßn ®­îc n¹p vµo TL viÖc ®Õm sÏ tiÕp tôc tõ gi¸ trÞ nµy cho ®Õn khi trµn kÕ tiÕp.. ChÕ ®é nµy sÏ ®­îc dïng cho bé ®Þnh thêi 1 dïng cho truyÒn th«ng nèi tiÕp. ChÕ ®é 3 chÕ ®é chia xÎ ChÕ ®é 3 lµ chÕ ®é chia xÎ vµ cã ho¹t ®éng kh¸c nhau cho tõng bé ®Þnh thêi. Bé ®Þnh thêi 0 ®­îc chia lµm 2 bé ®Þnh thêi 8 bit ho¹t ®éng riªng rÏ TL0 vµ TH0, mçi bé ®Þnh thêi sÏ ®­îc set c¸c cê trµn t­¬ng øng TF0 vµ TF1 khi x¶y ra trµn. ChÕ ®é 3 chñ yÕu ®­îc dïng ®Ó cung cÊp thªm bé bé ®Þnh thêi 8 bit n÷a. Tuy nhiªn th× AT89C52 cã bé ®Þnh thêi thø 3 do ®ã chóng ta ®ñ tµi nguyªn ®Ó ®iÒu khiÓn do ®ã chóng ta kh«ng dïng chÕ ®é nµy. §Æc biÖt lµ kh«ng gièng nh­ hai bé ®Þnh thêi 0 vµ 1 th× bé ®Þnh thêi 2 lu«n lµm viÖc ë chÕ ®é 16 bit, bé ®Þnh thêi 2 gåm hai thanh ghi TL2 vµ TH2 thanh ghi ®iÒu khiÓn T2CON, c¸c thanh ghi thu nhËn RCAP2L vµ RCAP2H. ChÕ ®é ho¹t ®éng cña bé ®Þnh thêi 2 ®­îc thiÕt lËp nhê thanh ghi ®iÒu khiÓn T2CON. Trong thanh ghi nµy cã bit CP/RL2C nÕu ®­îc clr th× bé ®Þnh thêi ho¹t ®éng ë chÕ ®é tù n¹p l¹i víi c¸c thanh ghi TL2/TH2 lµm nhiÖm vô c¸c thanh ghi ®Þnh thêi cßn c¸c thanh ghi RCAP2L vµ RCAP2H l­u gi÷ gi¸ trÞ n¹p l¹i. Bé ®Þnh thêi nµy sÏ ®­îc sö dông ®Ó t¹o tÝn hiÖu PWM trong qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn ®éng c¬. Ho¹t ®éng cña Port nèi tiÕp Bªn trong chip AT89C52 cã mét port nèi tiÕp ho¹t ®éng ë mét vµi chÕ ®é trªn mét tÇn sè réng. Chøc n¨ng c¬ b¶n cña port nèi tiÕp lµ thøc hiÖn viÖc chuyÓn d÷ liÖu song song thµnh d÷ liÖu nèi tiÕp khi ph¸t vµ chuyÓn d÷ liÖu tõ nèi tiÕp thµnh song song khi thu. C¸c m¹ch cøng bªn ngoµi truy xuÊt port nèi tiÕp th«ng qua c¸c ch©n TxD (ph¸t) vµ RxD (thu). §Ó lËp tr×nh ®iÒu khiÓn sö dông port nèi tiÕp chóng ta sö dông thanh ghi ®Æc biÖt SBUF vµ SCON, SBUF cã ®Þa chØ 88H, tuy nhiªn trªn thùc tÕ th× SBUF cã hai bé ®Öm nhËn vµ truyÒn hay cßn gäi lµ thanh ghi ph¸t vµ thanh ghi thu. Thanh ghi SCON port nèi tiÕp cã ®Þa chØ 98H lµ thanh ghi ®­îc ®Þnh ®Þa chØ bit, thanh ghi nµy chøa c¸c bit tr¹ng th¸i ®iÒu khiÓn. C¸c bit ®iÒu khiÓn sÏ ®­îc thiÕt lËp chÕ ®é ho¹t ®éng cho port nèi tiÕp cßn c¸c bit tr¹ng th¸i chØ ra sù kÕt thóc viÖc thu hay nhËn. Trong thanh th× SCON nµy cã 2 bit tr¹ng th¸i RI vµ TI dïng ®Ó ph¸t hiÖn viÖc kÕt thóc nhËn hay truyÒn, ngoµi ra cßn cã mét bit SM2 ®­îc sö dông ®Ó ®iÒu khiÓn chÕ ®é truyÒn th«ng ®a xö lý. ChÕ ®é truyÒn th«ng ®a xö lý. Nh­ ®· ph©n tÝch ë trªn th× trong m« h×nh thùc nghiÖm sö dông kiÓu ®iÒu khiÓn Master- Slaver. Trong ®ã th× m¸y tÝnh ®ãng vai trß Master cßn c¸c chip ®iÒu khiÓn c¸c trôc ®ãng vai trß lµ c¸c Slavers. Do vËy th× trong viÖc ®iÒu khiÓn chóng ta ph¶i sö dông kiÓu truyÒn th«ng ®a xö lý. Trong chÕ ®é truyÒn th«ng ®a xö lý th× cã 9 bit d÷ liÖu ®­îc thu, bit thø 9 ®­îc ®­a ®Õn RB8 (thanh ghi SCON ). Port cã thÓ ®­îc lËp tr×nh sao cho khi bit stop ®­îc nhËn, ng¾t do port nèi tiÕp ®­îc tÝch cùc chØ nÕu RB8=1. Tuy nhiªn th× ®Ó ho¹t ®éng ë chÕ ®é truyÒn th«ng ®a xö lý th× ph¶i set bit SM2 cña thanh ghi SCON lªn 1. Khi bé xö lý Master truyÒn d÷ liÖu cho c¸c xö lý tí th× ngoµi c¸c d÷ liÖu th× Master ph¶i truyÒn ®Þa chØ ®Ó c¸c xö lý të biÕt d÷ liÖu ®Êy lµ cña “ai”. Khi xö lý tí nhËn ®­îc ®Þa chØ cña m×nh th× clr SM2 ®Ó ®ãn nhËn d÷ liÖu, cßn c¸c xö lý tí kh¸c th× vÉn set SM2 ®Ó “l¾ng nghe” c¸c th«ng tin chung trªn bus dµnh cho c¸c vi xö lý. §Ó ®Þnh tèc ®é baud cña port nèi tiÕp cho AT89C52 ë c¸c chÕ 1 vµ chÕ ®é 3 ®­îc x¸c ®Þnh bëi tèc ®é trµn cña bé ®Þnh thêi 1 hoÆc 2 hoÆc c¶ hai. Trong ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn nh­ ®· ph©n tÝch th× chóng ta sö dông bé ®Þnh thêi 1 ®Ó x¸c ®Þnh tèc ®é baud cña port nèi tiÕp. Ho¹t ®éng ng¾t cña AT89C52 Víi 6 ng¾t, 3 ng¾t cña 3 bé ®Þnh thíi, 2 ng¾t ngoµi, vµ mét ng¾t truyÒn th«ng ®ñ ®¸p øng c¸c yªu cÇu ®iÒu khiÓn. Trong ®ã th× 2 ng¾t ngoµi ®­îc sö dông ë ®Çu ra cña c¸c m¹ch ®äc tèc ®é trªn encoder cña ®éng c¬ vµ encoder cña th­íc ®äc vÞ trÝ trªn trôc dich chuyÓn. Víi nh÷ng tµi nguyªn s½n cã cña AT89C52 theo nh­ ph©n tÝch trªn th× hoµn toµn ®¸p øng ®­îc nh÷ng yªu cÇu ®ßi hái ®Ó ®iÒu khiÓn cña m« h×nh. ChÝnh v× vËy trong m« h×nh ®iÒu khiÓn sÏ sö dông AT89C52 ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c ®éng c¬ truyÒn ®éng trªn c¸c trôc. 2.2.3 Lùa chän hÖ thèng ®äc Encoder cña ®éng c¬ vµ trªn th­íc. M¹ch ®äc tÝn hiÖu Encoder trªn trôc ®éng c¬ vµ trªn th­íc 1. Encoder ®äc th­íc däc chiÒu chuyÓn ®éng. Khi cÊp ®iÖn ¸p cho ®éng c¬ lµ U=11.9 V th× Encoder cã 2 xung ra tÇn sè 16ms nh­ h×nh 2.4. §Çu ra cña Encoder trªn trôc cã 4 ch©n, 2 ch©n nguån vµ xung A, B H×nh 2.4: TÝn hiÖu Encoder th­íc H×nh 2.4 lµ tÝn hiÖu ®äc tõ Encoder ®äc th­íc trªn trôc chuyÓn ®éng khi cÊp ®iÖn ¸p 11.9 V cho ®éng c¬. §Çu ra cña Encoder cã hai xung tÇn sè nh­ nhau (16ms) lÖch nhau mét gãc 900. Dùa vµo ®é lÖch cña hai xung vµ xung ®Çu ra cã s­ên xuèng th× chóng ta cã thÓ tÝnh to¸n ®­îc chiÒu chuyÓn ®éng cña ®éng c¬ cung nh­ vÞ trÝ chuyÓn ®éng trªn trôc cña ®Çu dß. Chóng ta cã m¹ch ®äc Encoder nh­ sau: H×nh 2.5:M¹ch ®äc Encoder trªn th­íc M¹ch trªn cã dïng hai phÇn tö NAND nèi liªn tiÕp trªn mçi xung ra cã t¸c dông söa xông tõ Encoder. Mét ®Çu ra sau hai phÇn tö NAND sÏ ®­îc ®­a trùc tiÕp vµo ng¨t INT0 cña vi ®iÒu khiÓn AT89C52, ch©n cßn l¹i ®­îc ®­a vµo mét ch©n P2.4 cña vi ®iÒu khiÓn. Theo h×nh 2.4 th× chóng ta cã hai tÝn hiÖu ra cña Encoder lÖch nhau 900. Do ®ã mçi khi cã tÝn hiÖu (s­ên xuèng xung) th× vi ®iÒu khiÓn ng¾t khi ®ã kiÓm tra ch©n P2.4 ®ang ë tr¹ng th¸i cao hay thÊp, nÕu ë tr¹ng th¸i thÊp th× chóng ta biÕt ®­îc chiÒu quay cña ®éng c¬ lµ quay tr¸i, vµ nÕu ch©n P2.4 ®ang ë tr¹ng th¸i cao th× chóng ta sÏ biÕt lµ chiÒu quay cña ®éng c¬ lµ quay ph¶i. H¬n n÷a th× mçi lÇn cã ng¾t th× chóng ta t¨ng biÕn ®Õm trong « nhí lªn. Dùa vµo kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c v¹ch vµ sè xung ®Óm ®­îc th× chóng ta sÏ biÕt ®­îc vÞ trÝ cña ®Çu dß trªn trôc chuyÓn ®éng. 2. Encoder trªn trôc ®éng c¬ H×nh 2.6: TÝn hiÖu cña Encoder QEDS Loai ®éng c¬ lùa chän cã 500 v¹ch do ®ã khi ®éng c¬ chuyÓn ®éng víi ®iÖn ¸p cÊp vµo ®éng c¬ lµ lín th× tÇn sè xung ra tõ Encoder lµ rÊt lín. Víi sè v¹ch trªn ®Üa lín th× cã ­u ®iÓm lµ kho¶ng dÞch chuyÓn t­¬ng øng víi mét v¹ch lµ rÊt bÐ sau bé truyÒn. Tuy nhiªn th× víi sè v¹ch nhiÒu th× còng cã nghÜa lµ tÇn sè xung ®äc ra tõ Encoder lµ rÊt lín, do vËy nÕu kho¶ng thêi gian tÝnh to¸n tæng hîp c¸c m¹ch vßng ®iÒu khiÓn lín th× cã thÓ chóng ta sÏ bÞ mÊt xung nÕu chóng ta sö dông ph­¬ng ph¸p ®äc nh­ ®èi víi Encoder th­íc. ChÝnh v× vËy ®Ó ®¶m b¶o ®ñ thêi gian cho viÖc tÝnh to¸n tæng hîp c¸c m¹ch vßng ®iÒu khiÓn th× chóng ta cã s¬ ®å ®äc Encoder trªn trôc ®éng c¬ nh­ sau: H×nh 2.7:M¹ch ®äc Encoder cña ®éng c¬ Trªn m¹ch h×nh 2.7 th× cã c¸c phÇn tö 74LS90 vµ phÇn tö 74HC126 trong ®ã th× 74LS90 lµ phÇn tö chia, vµ 74HC126 lµ phÇn tö ba tr¹ng th¸i. Do tÇn sè xung ra cña Encoder lín nªn ®Ó ®¶m b¶o ®ñ thêi gian cho viÖc tÝnh to¸n tæng hîp m¹ch vßng ®iÒu khiÓn th× chóng ta sö dông phÇn tö chia xung (m¾c theo kiÓu chia 5). Tuy nhiªn khi mµ tèc ®é ®ñ bÐ th× ®Ó t¨ng ®é chÝnh x¸c cña phÐp ®äc th× chóng ta kh«ng chia xung n÷a do ®ã th× ë ®©y sö dông phÇn tö 3 tr¹ng th¸i (3 state) 74HC126. Cã nghÜa lµ khi mµ tèc ®é cña ®éng c¬ cßn rÊt lín t­¬ng øng tÇn sè xung Encoder lín th× chóng ta sö dông m¹ch chia xung, lóc ®ã th× xung ®­îc ®­a qua phÇn tö chia xung (74HC126 9A vµ 9C) ®­îc kÝch ho¹t cho xung vµo bé chia. Hai phÇn tö (74HC126 9B vµ 9D) ®Æt ë tr¹ng th¸i trë kh¸ng cao. Khi mµ tèc ®é cña ®éng c¬ ®ñ bÐ th× chóng ta l¹i ®iÒu khiÓn ng­îc l¹i (74HC126 9A vµ 9C) ®­îc kÝch ho¹t ®Ó lÊy trùc tiÕp tÝn hiÖu xung cña Encoder cßn hai phÇn tö (74HC126 9B vµ 9D) l¹i ®­îc ®Æt ë tr¹ng th¸i trë kh¸ng cao do vËy mµ xung tõ Encoder kh«ng ®i vµo bé chia n÷a. Hai ®Çu ra cña 74HC126 (9B) vµ 74LS90 (U2) ®­îc nèi chung víi nhau vµ ®­îc ®­a vµo ng¾t ngoµi cßn l¹i cña vi ®iÒu khiÓn. Trong khi 74HC126 (9D) vµ 74LS90 (U3) ®­îc nèi chung vµ nèi víi mét ch©n cña vi ®iÓu khiÓn. Còng nh­ Encoder th­íc th× mçi lÇn cã xung s­ên xuèng ng¾t th× sÏ kiÓm tra ch©n cßn l¹i, ®Ó tÝnh to¸n tèc ®é cña ®éng c¬. Tuy nhiªn trong tr­êng hîp chia xung th× chóng ta kh«ng thÓ sö dông sù lÖch nhau cña hai xung ®Ó ph¸t hiÖn chiÒu quay cña ®éng c¬ ®­îc, lý do lµ v× sau khi qua bé chia xung th× hai xung ®Çu ra cña Encoder kh«ng cßn lÖch nhau mét gãc 900 n÷a. ChÝnh v× vËy trong tr­êng hîp nµy th× ®Ó kiÓm tra chiÒu quay cña ®éng c¬ chóng ta chØ cã thÓ kiÓm tra trùc tiÕp tõ viÖc ®äc gi¸ trÞ trªn m¸y tÝnh xuèng. §Ó cho hai tÝn hiÖu trùc tiÕp vµ qua bé chia kh«ng ®ång thêi cã hay cã nghÜa lµ hai tÝn hiÖu cña hai bé ®­îc nèi cïng ®Çu ra kh«ng ®ång thêi cã tÝn hiÖu th× chóng ta ph¶i cã m¹ch ®¶m b¶o c¸c phÇn tö 3 tr¹ng th¸i (3 state) kh«ng ®ång thêi lµm viÖc. Do ®ã chóng ta cã m¹ch t¹o tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn c¸c phÇn tö 3 tr¹ng th¸i nh­ sau: H×nh 2.8:M¹ch t¹o tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn chèt Mçi khi muèn lµm viÖc ë gdiar tÇn sè cao th× chóng ta set ch©n P2.4 lªn th× khi ®ã F-HIGH sÏ cã gi¸ trÞ lµ 1 trong khi qua phÇn tö NAND ®­îc nèi t¾t hai ®Çu th× ®Çu ra F-LOW sÏ cã gi¸ trÞ 0 cã nghÜa lµ chØ mét trong hai chèt lµm viÖc chø kh«ng ®ång thêi hai phÇn tö chèt ba tr¹ng th¸i lµm viÖc. ChÝnh v× vËy ë d¶i tÇn sè cao th× bé chia sÏ chia xung tr­íc khi ®­a vµo tÝnh to¸n. Cßn trong d¶i tÇn sè thÊp th× chóng ta sö dông trùc tiÕp tÝn hiÖu tõ Encoder ®Ó ®­a vµo tÝnh to¸n ®iÒu khiÓn. Víi nh÷ng ph©n tÝch c¸c kh©u trong s¬ ®å khèi cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn th× chóng ta cã s¬ ®å ®iÒu khiÓn cña hÖ thèng sÏ cã s¬ ®å cô thÓ nh­ sau: H×nh 2.9:S¬ ®å hÖ thèng ®iÒu khiÓn KÕt luËn Theo nh­ nh÷ng ph©n tÝch trªn th× cuèi cïng ®· lùa chän hä vi ®iÒu khiÓn AT89C52 ®Ó ®iÒu khiÓn hÖ truyÒn ®éng. Vi ®iÒu khiÓn sÏ ®­îc ghÐp nèi víi m¸y tÝnh theo kiÓu Master – Slaver th«ng qua truyÒn th«ng nèi tiÕp cña cæng COM port – truyÒn th«ng nèi tiÕp. Vi ®iÒu khiÓn sÏ ®­îc tÝch hîp c¸c thuËt to¸n ®iÒu khiÓn tæng hîp c¸c m¹ch vßng ®iÒu khiÓn vÞ trÝ vµ tèc ®é. Víi nh÷ng tµi nguyªn cña hä AT89C52 th× cã thÓ ®¸p øng ®­îc nh÷ng yªu cÇu cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn. Vi ®iÒu khiÓn sÏ thùc hiÖn viÖc ®äc c¸c tÝn hiÖu tõ Encoder trªn trôc ®éng c¬ còng nh­ Encoder trªn th­íc däc theo ®­êng chuyÓn ®éng trªn c¸c trôc. §Ó ®am b¶o cho viÖc ®äc chÝnh x¸c gi¸ trÞ tõ Encoder vÒ th× m¹ch ®iÒu khiÓn cã m¹ch ®äc ®¶m b¶o ®äc ®­îc tÇn sè ë d¶i tÇn cao vµ ë d¶i tÇn thÊp. Ch­¬ng III ThiÕt kÕ hÖ thèng robot ®o 3 to¹ ®é 3.1 ThiÕt kÕ h×nh d¹ng robot ®o 3 to¹ ®é CMM_MCX : M¸y ®o CMM_MCX sö dông hÖ dÉn ®éng vÝt me víi ®­êng tr­ît bi thay v× ®Öm khÝ. M¸y ®­îc ®Æt trùc tiÕp trªn nÒn ph©n x­ëng nªn ®ßi hái ®é cøng v÷ng vµ kh¶ n¨ng hÊp thô c¸c rung ®éng cao. Chän ph­¬ng ¸n th©n m¸y vµ bÖ m¸y ®­îc ®óc liÒn khèi b»ng vËt liÖu Polime ®Æc biÖt, vËt liÖu nµy cã ®é cøng v÷ng nh­ thÐp nh­ng cã kh¶ n¨ng hÊp thô rung ®éng gÊp nhiÒu lÇn. HÖ thèng vit me vµ ®­êng tr­ît ®­îc bè trÝ trong lßng khung m¸y nªn t¹o ®­îc kÕt cÊu gän nhÑ. BÒ mÆt bµn ®o ®­îc gia c«ng cã bè trÝ s½n c¸c thiÕt bÞ g¸ chuyªn dïng. Toµn bé hÖ thèng ®­îc ®Æt trªn ba chÊu ®iÒu chØnh ®­îc. H×nh 3.1: m« h×nh m¸y ®o 3 to¹ ®é CMM_MCX H×nh 3.2 : b¶n vÏ thiÕt kÕ m¸y ®o CMM_MCX Nh÷ng yªu cÇu c¬ khÝ lµ rÊt cÇn thiÕt trong qu¸ tr×nh dÞch ho¹t ®éng, v× víi mét m« h×nh hîp lý th× cã thÓ lµm n©ng cao chÊt l­îng ®o lµ rÊt nhiÒu v× vËy thiÕt kÕ chÕ c¸c c¬ cÊu cña m¸y ®o 3 to¹ ®é lµ rÊt cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh thùc hiÖn chÕ t¹o. 3.2 TÝnh to¸n vµ chän vit me bi. H×nh 3.3 HÖ thèng dÉn tr­ît vÝt me bi Ta cã : M1 = 40 (kg); M2 = 20 (kg) Hµnh tr×nh lín nhÊt Smax = 700 mm ; Vmax = 1000mm/s. §é chÝnh x¸c vÞ trÝ 0,10/700 mm. Tuæi thä Lt = 25000h. HÖ sè masat = 0,01. §éng c¬ mét chiÒu cã Nmax = 3000v/ph. Chän ®­êng dÉn: Tõ sè vßng quay lín nhÊt cña trôc ®éng c¬ ta cã: L = = 20 mm. Chän ®­êng dÉn 20 mm. Tõ b¶ng I- 4.5 trang B19 s¸ch NSK ta chän s¬ bé ®­êng kÝnh cña vit me lµ 15 mm. Cã: d = 15 mm ; hµnh tr×nh Smax = 700mm. Ta chän vit me kiÓu: W1507FA-4G-C5T20. b. TÝnh to¸n kiÓm nghiÖm: * KiÓm nghiÖm trôc: ta cã a1 = == 4(m/s2). Suy ra: F1 = (m1 + m2)g + (m1 + m2)a1 = 246(N) F2 = (m1 + m2)g = 6(N) F1 = -(m1 + m2)g + (m1 + m2)a1 = 234(N). Sö dông c«ng thøc tÝnh ë phÇn II_2 trang B489-NSK suy ra dr = = 5,3 mm Theo trang B401-NSK suy ra dr = 12,2 mm. KÕt qu¶ nµy cã thÓ chÊp nhËn ®­îc. Cã F1 = 246N; N1 = = = 1500v/ph; ta = 2.t1 + t4 = 0,75 (s). F2= 6N; N2 = 3000v/ph. tb = 2t2 + t5 = 0,65 (s). F3= 234N; N2 = 1500v/ph. tc = 2t3 + t6 = 0,75 (s). Theo II-11 vµ II-12 trang B499 cã: Fm == 195N. Nm = = 1200 v/ph. *KiÓm nghiÖm tuæi thä: Theo II-8 vµ II-9 trang B499 cã: Lt = = 14120025000(h). Cã thÓ chÊp nhËn ®­îc. Ta cã víi vit me d¹ng trªn(C5) th× : Ep = 0,035/800(mm). = 0,025 mm. Cã JB = = 0,35 (kg.cm2). JW = m. =60. = 6,1(kg.cm2). Jc = 0,25(kg.cm2). Tæng céng : JL = 6.7 (kg.cm2). Theo II-27 vµ II-29 trang B508 T1 = + Tu = 4,2.10-2 (N.m). T2 = T1 + J= 1,27(N.m). T3 = T1 - J= -1,19(N.m). *Chän ®éng c¬: Cã NM 3000v/ph. TM T; JM JL/3; vËy ta chän ®éng c¬ víi c¸c th«ng sè nh­ sau: WM = 300 W; NM = 3000 v/ph; TM = 1(N.m); JM = 3,1.104(kg.m2). Ta chän vit me: W1507FA-4G-C5T20. 3.3 chän æ l¨n H×nh 3.4 thiÕt kÕ æ ®ì æ l¨n lµ chi tiÕt m¸y ®­îc tiªu chÈn ho¸ cao, ®­îc chÕ tao trong nhµ m¸y chuyªn m«n ho¸. Dung sai cña æ l¨n ®­îc quy ®Þnh trong tiªu chuÈn vÒ æ l¨n, nhµ m¸y chÕ t¹o æ l¨n ®· gia c«ng æ theo tiªu chuÈn. Khi thiÕt kÕ chóng ta chØ tÝnh chän kiÓu æ, cì æ l¨n cµ cÊp chÝnh x¸c cña æ, kh«ng cÇn quy ®Þnh dung sai cho æ. Tõ qu¸ tr×nh tÝnh to¸n VÝt me_ §ai èc tõ ®éng c¬ t¶i ta cã thÓ chän æ l¨n cho robot CMM_MCX víi kÝ hiÖu P6 08 0 3 6 CÆp ch÷ P6 chØ cÊp chÝnh x¸c cña æ CÆp sè 08 chØ ®Æc ®iÓm cña æ lµ hai vßng che bôi Sè 0 æ bi ®ì 1 d·y Sè 3 cì æ l¨n trung b×nh Sè 6 lµ ®­êng kÝnh trong d=6 §iÒu kiÖn kü thuËt l¾p ghÐp: Khi l¾p ghÐp æ l¨n víi trôc vµ gèi ®ì, th­êng mét trong hai vßng æ l¾p cã ®é d«i. §é d«i sÏ lµm cho vßng trong æ l¨n lín lªn, kÝch th­íc D2 sÏ t¨ng thªm mét l­îng , hoÆc vßng ngoµi nhá ®i, kÝch th­íc D1 gi¶m ®i mét l­îng . NghÜa lµ lµm gi¶m khe hë h­íng t©m ban ®Çu S1 cña æ (H×nh 3.4 ), cã thÓ dÉn ®Õn kÑt æ, khi l¾p ghÐp c¸c vßng æ víi chi tiÕt m¸y kh¸c cÇn chän ®é d«i hîp lý, sao cho hoÆc . Trong m¸y ®o CMM_MCX trôc lµ phÇn ®éng nªn ta sö dông æ l¨n cã vßng trong æ l¨n lín lªn, ®Ó ®¶m b¶o kh«ng kÑt m¸y vµ lµm viÖc æn ®Þnh. Qu¸ tr×nh l¾p ghÐp cã hai phÇn l¾p ghÐp cÇn quan t©m ®èi víi æ l¨n lµ : L¾p ghÐp gi÷a æ l¨n víi trôc( f6k6) L¾p ghÐp gi÷a phÇn ®ì(f20G7 ) víi æ l¨n 3.4 Nghiªn cøu thiÕt kÕ ®Çu dß 3.4.1 PhÇn c¬ khÝ: §Çu dß chuyÓn m¹ch dïng trong m¸y NC, liªn kÕt chÆt chÏ víi mét c¬ cÊu kho¸ mµ cung cÊp sù ®µn håi theo n¨m hay s¸u h­íng trong hÖ to¹ ®é. Khi tiÕp xóc víi vËt ®o, qu¶ cÇu lÖch khái vÞ trÝ c©n b»ng. VÞ trÝ nµy ®­îc x¸c ®Þnh bëi ba vÞ trÝ ®¬n bao gåm ba ®«i trô vµ ba qu¶ cÇu tiÕp xóc. C¸c ®«i trô vµ tõng h×nh cÇu ®­îc s¾p xÕp tõng ®«i mét nèi tiÕp nhau. Khi mòi dß ch¹m vµo vËt ®o : ®iÓm tiÕp xóc më ra, m¹ch ®iÖn bÞ ng¾t vµ kÕt qu¶ ®o ®é dµi tøc thêi ®­îc ghi l¹i trªn tÊt c¶ c¸c trôc vµ dÉn tíi viÖc ®äc cña m¸y. Sau ®ã kÕt qu¶ ®äc ®­îc chuyÓn vµo bªn trong bé nhí t¹i thêi ®iÓm tiÕp xóc. Tuy nhiªn ®Ó chÕ t¹o hoµn chØnh ®Çu dß cÇn ph¶i cã c«ng nghÖ tiªn tiÕn vµ kinh phÝ lín bëi ®Ó chÕ t¹o sao cho 6 ®iÓm cïng tiÕp xóc trªn mét mÆt ph¼ng lµ rÊt khã kh¨n do ®©y lµ tr­êng hîp siªu ®Þnh vÞ. Víi øng dông cña c¬ ®iÖn tö gi¶i ph¸p ®Çu dß c¬ ®iÖn tö víi tiÕp xóc ba ®iÓm ®· ®­îc chÕ t¹o thµnh c«ng. 3.4.2 PhÇn ®iÖn §Ó ph¸t hiÖn vÞ trÝ cña ®Çu dß khi ch¹m vµo chi tiÕt cÇn ®o ta dïng m¹ch b¸o tÝn hiÖu ch¹m c«ng t¾c ®Çu dß.Tõ ®ã ®­a ra m¹ch b¸o c«ng t¾c ch¹m vµ phôc håi l¹i nguån ®iÖn, c«ng t¾c hót lµm ®ãng më m¹ch cung cÊp ®iÖn ¸p 12V cho m¹ch ®iÒu khiÓn ®éng c¬. Khi ®Çu dß ch¹m vµo chi tiÕt sÏ lµm mét trong c¸c ®iÓm tiÕp xóc hë m¹ch vµ ®iÖn ¸p cung cÊp cho cuén d©y trong c«ng t¾c bÞ ng¾t, R¬ le më c¾t nguån 12V cña m¹ch ®iÖn ®éng c¬ lµm c¸c ®éng c¬ dõng vµ cã tÝn hiÖu b¸o ch¹m vÒ m¸y tÝnh. Khi muèn phôc håi l¹i m¹ch ®iÒu khiÓn ®éng c¬, m¸y tÝnh sÏ ph¸t tÝn hiÖu më IC4N35 cung cÊp l¹i ®iÖn ¸p cho cuén d©y trong c«ng t¾c, lµm c«ng t¾c ®ãng phôc håi ®iÖn ¸p cho m¹ch ®iÒu khiÓn ®éng c¬. H×nh 3.4 M¹ch ®Çu dß 3.4.3 HÖ thèng ®iÖn §Ó ®iÒu khiÓn ®éng c¬ mét chiÒu cã chiÒu thuËn nghÞch kÕt hîp víi tÝn hiÖu b¸o ch¹m cña ®Çu dß ®ßi hái m¹ch ®iÒu khiÓn ph¶i thùc hiÖn ®­îc c¸c chøc n¨ng sau: §iÒu khiÓn ®éng c¬ theo hai chiÒu thuËn vµ nghÞch. Khi cã tÝn hiÖu b¸o ch¹m do ®Çu dß göi ®Õn, nguån ®iÖn cung cÊp cho m¹ch bÞ c¾t lµm c¸c ®éng c¬ dõng. Khi tÝn hiÖu phôc håi tõ m¸y tÝnh ®­a tíi, nguån ®iÖn cung cÊp cho c¸c ®éng c¬ ®­îc phôc håi. §éng c¬ ®­îc ®iÒu khiÓn b»ng tay hoÆc b»ng ch­¬ng tr×nh phÇn mÒm m¸y tÝnh. 3.4.4 Xö lý tÝn hiÖu ®o Trªn ba trôc to¹ ®é ®Òu cã bé xö lý tÝn hiÖu ®o cã chøc n¨ng chuyÓn tÝn hiÖu thu ®­îc tõ c¶m biÕn thµnh tÝn hiÖu xung vµ ®Õm l­îng xung th«ng qua ®ã biÕt ®­îc l­îng dÞch chuyÓn. ®èi cã chøc n¨ng x¸c ®Þnh TÝn hiÖu sau bé vi xö lý ®­îc ®­a vµo m¸y tÝnh nhê bé ghÐp nèi m¸y tÝnh. 3.5 ThiÕt kÕ m¹ch lùc vµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn 3.5.1 Kh¶o s¸t c¸c th«ng sè cña ®éng c¬ vµ m« h×nh cña ®éng c¬ Tèc ®é ch¹y tèi ®a cña mçi trôc 25mm/s. V× vËy ta cã thÓ chän ®éng c¬ tèc ®é tèi ®a 3000v/p = 50v/s khi ®ã tèc ®é trªn trôc vÝt lµ (3-1) Kh¶o s¸t ®o ®¹c c¸c th«ng sè cña ®éng c¬ ta thÝ nghiÖm nh­ sau. CÊp ®iÖn ¸p 12V vµo ®éng c¬ ta ®o ®­îc dßng ®iÖn lµ 0,12A ë chÕ ®é kh«ng t¶i. Tõ c«ng thøc. (3-2) Thùc hiÖn cÊp nguån ®iÖn xoay chiÒu U = 16,62V vµo ®éng c¬ vµ ®o dßng xoay chiÒu ta ®o d­îc dßng ®iÖn I = 1.81A xoay chiÒu. Do ®ã th× tæng trë (3-3) Thay ®iÖn trë R = 4,5Ω vµo ta cã : (3-4) M« men qu¸n tÝnh trung b×nh I cña hÖ ®­îc tÝnh bëi c«ng thøc sau : (3-5) Trong ®ã: M lµ khèi l­îng cña xe ch¹y vµ m lµ khèi l­îng cña trôc vit 3.5.2 Ph©n tÝch vµ lùa chän ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ m¹ch lùc M« h×nh ®iÒu khiÓn cho chuyÓn ®éng trªn ba trôc X, Y vµ Z cña hÖ thèng thùc nghiÖm nh­ ph©n tÝch ë trªn th× dïng ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu c«ng suÊt bÐ, ®iÖn ¸p cÊp cho ®éng c¬ lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu 12V ®­îc lÊy trùc tiÕp tõ mét nguån mét chiÒu ®· ®­îc thiÕt kÕ s½n (bé nguån nu«i cho m¸y tÝnh PC). M« h×nh thùc nghiÖm ®ßi hái thiÕt kÕ hÖ thèng truyÒn ®éng trªn c¸c trôc ®Õn c¸c vÞ trÝ yªu cÇu víi ®é chÝnh x¸c cao, víi mçi lÇn chuyÓn ®éng th× c¸c trôc chØ chuyÓn ®éng theo mét chiÒu x¸c ®Þnh tïy theo yªu cÇu ng­êi sö dông muèn ch¹y theo chiÒu nµo, do ®ã th× hÖ thèng truyÒn ®éng ph¶i cã ®¶o chiÒu quay cña ®éng c¬. §èi víi hÖ truyÒn ®éng mét chiÒu th× cã thÓ dïng c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng sau ®Ó thiÕt kÕ. HÖ thèng truyÒn ®éng ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu dïng ph­¬ng ph¸p chØnh l­u HÖ thèng truyÒn ®éng m¸y ph¸t - ®éng c¬ HÖ truyÒn ®éng ®iÒu chØnh xung ¸p ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu Tuy nhiªn ®èi víi m« h×nh thùc nghiÖm ®ßi hái ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu lo¹i bÐ, ®iÒu khiÓn ®éng c¬ víi môc ®Ých lµ ®iÒu khiÓn dÞch chuyÓn trªn c¸c trôc víi vÞ trÝ chÝnh x¸c, chÝnh v× vËy hÖ thèng ®iÒu khiÓn ph¶i cã c¸c m¹ch vßng ®iÒu khiÓn vÞ trÝ vµ ®iÒu khiÓn tèc ®é (®èi víi t¶i bÐ vµ æn ®Þnh, dßng ®iÖn phÇn øng kh«ng lín kh«ng dïng m¹ch vßng ph¶n håi dßng ®iÖn). Nh­ vËy tøc lµ ph¶i ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng ®Æt lªn ®éng c¬ ®Ó ®iÒu khiÓn vËn tèc cña ®éng c¬ truyÒn ®éng, víi nh÷ng yªu cÇu ®ã th× dïng ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh xung ¸p ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu lµ phï hîp nhÊt. V× thiÕt bÞ b¨m xung lµm viÖc víi hiÖu suÊt cao, Ýt nh¹y c¶m víi nhiÖt ®é vµ ®iÒu kiÖn m«i tr­êng v× tham sè ®iÒu kiÓn lµ thêi gian ®ãng më; ®Æc biÖt lµ cã kÝch th­íc nhá gän (tÝnh c¶ läc), rÊt phï hîp ®Ó ®iÒu khiÓn m« h×nh thùc nghiÖm. Sau ®©y giíi thiÖu nguyªn lý chung cña bé b¨m xung, ®ång thêi ph©n tÝch kh¸i l­îc vÒ c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn chÕ ®é lµm viÖc cña bé b¨m xung - ¸p còng nh­ vÊn ®Ò lùa chän thiÕt bÞ ®¸p øng ®­îc c¸c yªu cÇu vÒ chØ tiªu kü thuËt vµ kinh tÕ. Do trong yªu cÇu vÒ ®iÒu khiÓn th× ®ßi hái ph¶i ®iÒu khiÓn hai chiÒu chuyÓn ®éng cho ®éng c¬. ChÝnh v× thÓ ®Ó ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu theo ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh xung ¸p ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu chóng ta dïng s¬ ®å ®iÒu khiÓn b¨m xung cã ®¶o chiÒu (lo¹i B). H×nh 3.1: S¬ ®å nguyªn lý b¨m xung ®iÖn ¸p cã ®¶o chiÒu quay §èi víi m« h×nh ®iÒu khiÓn h×nh 2.1 muèn ®¶o chiÒu quay cña déng c¬ chØ cÇn ®ãng c¾t c¸c van ®iÒu khiÓn theo mét quy luËt nhÊt ®Þnh nµo ®ã. §èi víi ph­¬ng ph¸p b¨m xung ¸p mét chiÒu cã ®¶o chiÒu quay th× cã ba ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn sau: Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ®èi xøng Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng Ph­¬ng ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn riªng Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ®èi xøng: Ph­¬ng ph¸p nµy ®iÒu khiÓn c¸c cÆp van ch¼n lÎ thay nhau ®ãng c¾t. Khi ®ã th× ®iÖn ¸p trung b×nh cña ®éng c¬. (3-6) Trong ®ã: t1 lµ thêi gian më cÆp van thø nhÊt T lµ chu kú cña ®iÖn ¸p b¨m xung U lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu cÊp vao Khi ®ã th× dßng ®iÖn trung b×nh (3-7) Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn nµy t¹o ra ®iÖn ¸p ë c¶ hai chiÒu nªn dÔ dµng ®¶o chiÒu quay cña ®éng c¬, tuy nhiªn th× vÊn ®Ò ®iÒu khiÓn c¸c van th× l¹i phøc t¹p v× ph¶i ®ång thêi ®iÒu khiÓn 4 van, ph­¬ng ph¸p nµy th­êng øng dông trong tr­êng hîp t¶i ®iÒu khiÓn cÇn ®¶o chiÒu liªn tôc. Tuy nhiªn th× m« h×nh thùc nghiÖm th× viÖc ®Þnh chiÒu quay cña ®éng c¬ l¹i ®­îc x¸c ®Þnh ngay tr­íc lóc ®iÒu khiÓn do ®ã chóng ta sÏ kh«ng dïng ph­¬ng ph¸p nµy ®Ó ®iÒu khiÓn m« h×nh thùc nghiÖm. Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn nµy th× t­¬ng øng víi mçi chiÒu chuyÓn ®éng cña ®éng c¬ (chÝnh x¸c lµ chiÒu dßng ®iÖn phÇn øng) th× chØ cã mét cÆp van th¼ng hµng ®ãng c¾t, cÆp van cßn l¹i th× mét van khãa hoµn toµn vµ mét van më hoµn toµn. Khi ®ã th× ®iÖn ¸p trªn ®éng c¬. (3-8) Dßng ®iÖn phÇn øng (3-9) Ph­¬ng ph¸p nµy cho ®iÖn ¸p mét chiÒu nhÊt ®Þnh, chÝnh v× thÕ nã ®­îc ¸p dông cho lo¹i t¶i lµm viÖc ë chÕ ®é Ýt ®¶o chiÒu quay. Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn riªng Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn riªng lµ ph­¬ng ph¸p mµ t¹i mét thêi ®iÓm chØ cã mét mét cÆp van ch½n hoÆc lÎ ®ãng c¾t, cÆp van cßn l¹i th× khãa hoµn toµn. §iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn phÇn øng cã c«ng thøc tÝnh to¸n hoµn toµn t­¬ng tù nh­ ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng. Ph­¬ng ph¸p nµy rÊt phï hîp víi lo¹i t¶i Ýt ®¶o chiÒu hay ®¶o chiÒu sau khi ®· dõng ®éng c¬, h¬n n÷a th× viÖc ®iÒu khiÓn theo ph­¬ng ph¸p riªng nµy lµ rÊt thuËn lîi vµ dÔ dµng h¬n so víi ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ®èi xøng vµ kh«ng ®èi xøng. Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn nµy rÊt phï hîp víi m« h×nh thùc nghiÖm. Do ®ã ph­¬ng ph¸p nµy sÏ ®­îc lùa chän ®Ó thiÕt kÕ cho m« h×nh thùc nghiÖm. Khi ®éng c¬ quay theo chiÒu thuËn th× c¸c van S1 vµ S3 ®­îc cÊp tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®Ó më, trong khi c¸c van S2 vµ S4 th× ®ãng. Nguån ®iÖn qua van S1 qua ®éng c¬ qua van S3 trë vÒ GND. Khi mµ cã tÝn hiÖu ®ãng cho c¸c van S1 vµ S3 th× lóc ®ã tÊt c¶ c¸c van S2 – S4 ®Òu khãa. Ng­îc l¹i khi ®éng c¬ chuyÓn ®éng theo chiÒu ng­îc l¹i th× cÆp van S1-S3 khãa, cßn cÆp van S2-S4 ®ãng më. Nh­ vËy theo mét chiÒu chuyÓn ®éng cña ®éng c¬ th× chØ cã mét cÆp van ch½n hoÆc lÎ ®ãng më theo tÇn sè ®iÒu khiÓn, trong khi cÆp van cßn l¹i th× khãa. C¸c ®i èt cã nhiÖm vô khi ®ãng c¸c van th× t¹o ®­êng cho dßng ®iÖn trong ®éng c¬. Trong s¬ ®å ®iÒu khiÓn theo ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn riªng gi¶ sö c¸c van S1 vµ S3 ®ang dÉn th× khi hÕt thêi gian ton th× c¸c van S1 - S4 ®Òu khãa lóc ®ã th× do trong ®éng c¬ cßn cã søc ph¶n ®iÖn ®éng nªn dßng ®iÖn sÏ ch¶y qua c¸c ®i èt D1 vµ D3 theo nh­ h×nh vÏ 2.2 ë d­íi. Trong ®ã th× ®­êng nÐt ®Ëm thÓ hiÖn dßng ®iÖn khi mµ c¸c van S1, S3 ®ang dÉn vµ ®­êng ®øt lµ khi c¸c van ®ã khãa H×nh 3.2: S¬ ®å dßng ®iÖn khi c¸c van khãa 3.5.3 Lùa chän thiÕt bÞ thiÕt kÕ m¹ch lùc Víi lo¹i ®éng c¬ bÐ cã dßng ®iÖn kh«ng cao nh­ ®· lùa chän Imax = 3A, nguån nu«i Umax 15V th× chóng ta cã thÓ lùa chän c¸c IC lµ c¸c m¹ch cÇu ®· ®­îc s¶n xuÊt s½n lµ rÊt phï hîp. Lo¹i IC m¹ch cÇu nµy cã thÓ sö dông L293 hoÆc L298 cã cÊu tróc hoµn toµn gièng nhau, tuy nhiªn th× dßng ®iÖn cùc ®¹i cho phÐp th× L298 cao h¬n (L293 1A vµ L298 2A). Hai lo¹i nµy ®Ò cã hai m¹ch cÇu H bªn trong, ®èi víi L298 nÕu nèi song song c¸c ®Çu ra vµ ®Çu vµo cña hai m¹ch cÇu H th× cho phÐp ®iÒu khiÓn t¶i víi dßng ®iÖn l¬n h¬n tíi 4A. ChÝnh v× vËy chóng ta sÏ chän L298 lµm m¹ch lùc ®iÒu khiÓn ®éng c¬ dÞch chuyÓn c¸c c¬ cÊu trªn trôc. CÊu tróc cña L298 L298 cã s¬ ®å cÊu tróc nh­ h×nh vÏ d­íi H×nh 3.3: S¬ ®å nguyªn lý cña L298 L298 lµ m¹ch tÝch hîp lµ lo¹i 15 ch©n hoÆc PowerSO20 20 ch©n, ®©y lµ IC m¹ch cÇu kÐp ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn cao ®­îc thiÕt kÕ theo chuÈn TTL, ®­îc dïng ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c t¶i c¶m øng nh­ R¬le, van ®iÖn tõ, ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu vµ ®éng c¬ b­íc. Theo s¬ ®å h×nh 3.2 th× L298 lµ hai m¹ch cÇu H cã hai ch©n tÝn hiÖu enable dïng ®Ó kÝch ho¹t hay kh«ng kÝch ho¹t c¸c tÝn hiÖu vµo (gåm cã 4 ®Çu vµo cho c¶ hai m¹ch cÇu). H×nh 3.4: S¬ ®å ch©n cña L298 15 ch©n L298 cho phÐp lµm viÖc víi ®iÖn ¸p tíi 46V, dßng ®iÖn cho phÐp tíi 4A, møc logic “0” cho phÐp tíi 1,5V tøc lµ miÔn ®­îc nhiÔu cao. L298 cã hai m¹ch cÇu riªng biÖt, ®èi víi mçi m¹ch cÇu th× hai ch©n vµo vµ mét ch©n ®iÒu khiÓn (enable). Theo s¬ ®å nguyªn lý cña L298 th× chóng ta thÊy cã c¸c phÇn tö logic AND vµ phÇn tö NOT vãi c¸c phÇn tõ logic nµy th× chØ cÇn mét tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn chóng ta cã thÓ ®iÒu khiÓn cho c¸c transistor ®­îc tÝch hîp s½n ®ãng më tïy theo d¹ng tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. S¬ ®å cÊu tróc cña L298 rÊt thÝch hîp cho viÖc ®iÒu khiÓn riªng, bëi theo ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn riªng th× t¹i mçi mét thêi ®iÓm th× chØ cã mét cÆp van ®ãng më, cÆp van cßn l¹i th× khãa hoµn toµn. H¬n n÷a th× víi mét lo¹i m¹ch cÇu ®¬n th× cho phÐp dßng ®iÖn lín nhÊt lµ 2A, do ®ã ®Ó ®iÒu khiÓn víi t¶i cã dßng ®iÖn lín h¬n th× cÇn nèi song song hai m¹ch cÇu víi nhau theo s¬ ®å h×nh 3.4. Khi m¾c song song hai m¹ch cÇu th× cho phÐp ®iÒu khiÓn víi t¶i cã dßng ®iÖn lín nhÊt lµ 4A. §Ó m¾c song song hai m¹ch cÇu víi nhau th× nèi c¸c ®Çu vµo t­¬ng øng cña hai m¹ch cÇu vµ hai ch©n ®iÒu khiÓn cña hai m¹ch cÇu víi nhau nh­ s¬ ®å h×nh 3.4. Khi nèi song song hai m¹ch cÇu víi nhau th× khi mµ cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn vµ tÝn hiÖu vµo nÕu mµ c¸c van dÉn th× ®ång thêi cã 4 van dÉn, mçi m¹ch cÇu sÏ cã 2 van dÉn, c¸c van cßn l¹i sÏ khãa hoµn toµn. Nhê vËy dßng ®iÖn cña t¶i sÏ ®­îc san ®Òu cho c¶ hai m¹ch cÇu lµm cho L298 cã thÓ dung ®Ó ®iÒu khiÓn t¶i cã dßng ®iÖn l¬n h¬n rÊt nhiÒu. H×nh 3.5:S¬ ®å m¾c song song hai m¹ch cÇu §Ó ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ khi dung L298 th× theo ph­¬ng ph¸p b¨m xung ¸p mét chiÒu lµ ®iÒu khiÓn chÕ ®é ®ãng c¾t cña c¸c transistor. Trong m¹ch L298 th× ®Ó ®iÒu khiÓn tèc ®é cña ®éng c¬ th× cã thÓ ®­a tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn PWM vµo c¸c ®Çu vµo hoÆc vµo tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. Do ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng cña c¸c ®éng c¬ trªn c¸c trôc dÞch chuyÓn lµ x¸c ®Þnh chiÒu tr­íc khi truyÒn ®éng, nªn viÖc dïng tÝn hiÖu PWM vµo ch©n ®iÒu khiÓn enable lµ thÝch hîp. Cßn hai ch©n vµo th× dïng ®Ó x¸c ®Þnh chiÒu dÞch chuyÓn cña ®éng c¬. B¶ng 3.1: C¸c th«ng sè cña L298 Th«ng sè Gi¸ trÞ ®¬n vÞ Vs Nguån c«ng suÊt max 50 V Vss Nguån cÊp cho phÇn tö logic 7 V VI, Ven §iÖn ¸p vµo vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn -0.3 -> 7 V Io §iÖn ¸p ®Þnh møc cho mçi kªnh 2 A Io1 §iÖn ¸p ®Þnh møc nÕu m¾c song song 4 A Vsens §iÖn ¸p sensor -1 ->2.3 V Top D¶i nhiÖt ®é cho phÐp -25 -> 130 0C Nh­ vËy ®Ó ®iÒu khiÓn ®éng c¬ truyÒn ®éng trªn c¸c trôc th× chóng ta sÏ dïng L298 vµ m¾c song song hai m¹ch cÇu, do vËy nªn s¬ ®å m¹ch lùc nh­ sau: H×nh 3.6: S¬ ®å nguyªn lý cña L298 Trong ®ã: C¸c ®i èt D11-D14 lµ c¸c ®i «t ®Öm ®Ó t¹o ®­êng phãng cho dßng ®iÖn khi c¸c van khãa. C¸c ch©n Left vµ Right lµ c¸c ch©n ®iÒu khiÓn chiÒu cho ®éng c¬ PWM lµ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn c¸c van ®ãng c¾t C¸c ®i «t ®Öm ngoµi cã t¸c dông trong qua tr×nh ®iÒu khiÓn c¸c van ®ãng më th× lóc mµ c¸c van ®Òu khãa th× trong phÇn øng ®éng c¬ cã mét søc ®iÖn ®éng lín (nÕu w=314 th× ®iÖn ¸p lµ 11.3V), ®iÖn ¸p lín nµy cã thÓ lµm háng c¸c van do ®ã nªn sö dông c¸c ®i èt ngoµi cã t¸c dông tao ®­êng cho dßng ®iÖn phãng qua, kh«ng ®Ó søc ph¶n ®iÖn ®éng ®Æt lªn c¸c van. 3.5.4M« h×nh to¸n häc cña ®éng c¬ vµ tæng hîp m¹ch vßng ®iÒu khiÓn 3.5.4.1M« h×nh to¸n häc cña ®éng c¬ xÐt ®Õn ®éng c¬ vµ c¬ cÊu Do m« h×nh thùc nghiÖm th× chuyÓn ®éng cña c¸c trôc lµ ®éc lËp víi nhau nªn chóng ta sÏ x©y dùng m« h×nh to¸n häc ®éc lËp cho c¸c chuyÓn ®éng trªn mçi trôc. Ta cã ph­¬ng tr×nh cña c¬ cÊu chuyÓn ®éng. (3-10) Trong ®ã: Ui lµ ®iÖn ¸p phÇn øng ®éng c¬ Ii lµ dßng ®iÖn phÇn øng Ri ®iÖn trë phÇn øng Kmi =kei lÇn l­ît lµ hÖ sè m« men vµ hÖ sè søc ®iÖn ®éng. wdi lµ tèc ®é cña ®éng c¬ Jdi.wdi lµ m« men qu¸n tÝnh M0i lµ m«men ma s¸t kh«ng t¶i Mci lµ m«men t¶i Bdi.wdi lµ m«men nhít cña ®éng c¬,Bdi lµ hÖ sè nhít cña ®éng c¬. §Æt: (3-11) Khi ®ã ta cã ph­¬ng tr×nh m« t¶ ®éng c¬ thø i (3-12) Trong ®ã: (3-13) (3-14) Do ®ã (3-15) Khi ghÐp tÊt c¶ c¸c trôc chuyÓn ®éng l¹i th× chóng ta cã c¸c ma trËn. (3-16) Nh­ thÕ ta cã ph­¬ng tr×nh vect¬ (3-17) Thay ph­¬ng tr×nh M cña ph­¬ng tr×nh chuyÓn ®éng vµo ph­¬ng tr×nh m« t¶ hÖ truyÒn ®éng ®iÖn th× ta cã ph­¬ng tr×nh míi. (3-18) Trong ®ã: :Ma trËn chi phô thuéc vÞ trÝ gi÷a c¸c khíp, kh«ng phô thuéc vµo tèc ®é vµ gia tèc. lµ thanh phÇn m«men nhít h­íng t©m (3x1) Ma trËn m«mem träng tr­êng(3x1) Sau khi thay vµo th× cã ph­¬ng tr×nh (3-19) Thay: vµo ph­¬ng tr×nh trªn th× ta cã ph­¬ng tr×nh. (3-20) Do ®ã ta viÕt ph­¬ng tr×nh cña m« h×nh cã ®éng c¬ (3-21) Ph­¬ng tr×nh cã d¹ng gièng nh­ ph­¬ng tr×nh ®éng lùc häc (3-18). Trong ®ã: (3-22) C¸c thanh nèi liªn quan c¬ khÝ víi nhau. Khi nµo coi c¸c khíp ®éc lËp nhau th× bá qua sù rµng buéc gi÷a c¸c khíp, khi ®ã th× chuyÓn m« h×nh vÒ d¹ng truyÒn ®éng b×nh th­êng. XuÊt ph¸t tõ m« h×nh to¸n häc §éng c¬ - C¬ cÊu chuyÓn ®éng th× ta cã ph­¬ng tr×nh cho khíp i. (3-23) T¸ch thµnh phÇn hµng i, cét i cña ma trËn vu«ng H. Trong ®ã th× Hii bao gåm c¸c tham sè khíp i(mi, li, qi) vµ tham sè cña c¸c khíp kh¸c i. T¸ch: Trong ®ã lµ thµnh phÇn cña hµng i, cét i nh­ng chØ chøa c¸c tham sè cña khíp i (mi, li, qi). lµ thµnh phÇn chøa c¸c tham sè cña khíp kh¸c i vµ c¸c biÕn khíp qi. phô thuéc vµo h»ng sè cña khíp lµ thµnh phÇn chøa c¸c tham sè cña khíp kh¸c i. Sau khi t¸ch c¸c tham sè nh­ trªn thay vµo ph­¬ng tr×nh (3-23) th× chung ta cã ph­¬ng tr×nh míi nh­ sau: (3-24) DÔ dµng thÊy thµnh phÇn chØ phô thuéc vµo khíp i, cßn thµnh phÇn phô thuéc vµo c¸c thµnh phÇn kh¸c . Di lµ thµnh phÇn coi nh­ lµ nhiÔu cña khíp thø i. NÕu nh­ tû sè truyÒn i mµ rÊt lín th× hÖ sè kgi lµ rÊt bÐ khi ®ã cã thÓ bá qua thµnh phÇn nhiÔu nµy. Tøc bá qua sù rµng buéc gi÷a c¸c khíp, hÖ thèng ®éc lËp, nhiÔu coi nh­ kh«ng ®¸ng kÓ. ®Ó ®¬n gi¶n trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n th× chóng ta bá qua hÖ sè nhít cña ®éng c¬. Bdi khi ®ã th× (3-25) §Æt m«men t¶i: (3-26) M«men qu¸n tÝnh. Khi ®ã th× ta cã ph­¬ng tr×nh cña khíp ®éc lËp nh­ sau: (3-27) (3-28) Do ®ã ta cã m« h×nh ®éng c¬ ®iÖn nh­ sau: H×nh 3.7:M« h×nh ®éng c¬ M« h×nh nµy gièng nh­ m« h×nh ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu bá qua ®iÖn c¶m cña ®éng c¬. Thay c¸c th«ng sè cña ®éng c¬ vµo th× ta cã m« h×nh cña ®éng c¬ nh­ sau: Ch­¬ng IV Thùc nghiÖm vµ kÕt qu¶ 4.1 §iÒu khiÓn tù ®éng m¸y ®o CMM_MCX b»ng tay 4.1.1 kh¸i niÖm Trong qu¸ tr×nh ®o l­êng vµ gia c«ng chi tiÕt hiÖn nay, côm ®iÒu khiÓn b»ng tay lµ rÊt cÇn thiÕt cho viÖc b¾t ®Çu hiÖu chØnh chÝnh x¸c vµ thùc hiÖn nhanh qu¸ tr×nh ®o hay gia c«ng chi tiÕt, khi côm ®iÒu khiÓn b»ng tay ra ®êi nã ®· thÓ hiÖn ®­îc thÕ m¹nh cña m×nh: Trong robot ®o l­êng khi mµ ®iÒu khiÓn b»ng m¸y tÝnh th× nã gÆp khã kh¨n trong qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn ®Çu dß ®Õn vÞ trÝ cÇn ®o, v× ta kh«ng x¸c ®Þnh ®­îc to¹ ®é ban ®Çu cña chi tiÕt so víi to¹ ®é gèc cña robot, vµ ®Ó thùc hiÖn ®­îc qu¸ tr×nh ®o th× ta ph¶i nhËp th«ng sè rÊt nhiÒu lÇn, kh«ng nh÷ng thÕ, ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c trôc hay tèc ®é ®éng c¬ th× mäi thao t¸c trªn bµn phÝm lµm mÊt thêi gian cho qu¸ tr×nh ®o, vµ ®iÒu khiÓn b»ng tay ®· kh¾c phôc ®­îc nh÷ng nh­îc ®iÓm ®ã. Trong qu¸ tr×nh gia c«ng chi tiÕt (hiÖn nay hay dïng nhÊt lµ c¸c m¸y CNC ) , muèn gia c«ng ®­îc mét chi tiÕt th× viÖc cÇn thiÕt ®Çu tiªn ®ã lµ ph¶i x¸c ®Þnh ®­îc gèc to¹ ®é cña chi tiÕt, to¹ ®é nµy ®­îc x¸c ®Þnh tõ gèc to¹ ®é cña m¸y. §Ó x¸c ®Þnh ®­îc gèc to¹ ®é chi tiÕt th× thËt lµ khã khi thùc hiÖn b»ng bµn phÝm, vµ ta th­êng sö dông ®iÒu khiÓn b»ng tay. V× vËy ®iÒu khiÓn r«bèt tù ®éng b»ng tay lµ mét vÊn ®Ò rÊt cÇn thiÕt trong c«ng nghiÖp vµ trong ®o l­êng tù ®éng, nã lµm n©ng cao n¨ng suÊt s¶n phÈm. Vµ trong thùc tÕ c¸c m¸y mãc hiÖn ®¹i ngµy nay trong c«ng nghiÖp còng nh­ trong ®o l­êng ®Òu dïng ®iÒu khiÓn tù ®éng b»ng tay nh­ c¸c lo¹i m¸y phay CNC,®iÒu khiÓn tù ®éng tõ xa… 4.1.2 Tæng quan vÒ ®iÒu khiÓn tù ®éng r«bèt b»ng tay §iÒu khiÓn b»ng tay gåm hai c«ng t¾c ®iÒu khiÓn 3 tr¹ng th¸i, mét nót Ên ®iÒu khiÓn hai tr¹ng th¸i ON_OFF, mét nóm vÆn ®iÒu khiÓn trßn gåm 100 v¹ch Mét nóm vÆn trßn cã mét tr¨m v¹ch chia Mét nóm vÆn cã 3 tr¹ng th¸i: X,Y,Z Mét nóm vÆn cã 3 tr¹ng th¸i:1 xung,10 xung, 100 xung Mét nót :RUN Mét nót:STOP Ta cã s¬ ®å khèi m« t¶ qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña ®iÒu khiÓn r«bèt tù ®éng b»ng tay: Top Nóm ®iÒu khiÓn ®«ng c¬ X,Y,Z Nóm ®iÒu khiÓn sè xung:1,10,100 Nóm vÆn Gåm 100 v¹ch chia Run C¶m biÕn ®o gãc V§K :AT89C51 -xö lý qóa tr×nh ho¹t ®éng cña b¶ng ®iÒu khiÓn göi tíi -ph©n tÝch vµ göi lÖnh ®Ó ra lÖnh cho m¸y tinh ®iÒu khiÓn tù ®éng r«bèt M¹ch chia 4 S¬ ®å 4.1: s¬ ®å ®iÒu khiÓn b»ng tay 4.1.3 Nguyªn lý ho¹t ®éng: Mét nóm vÆn trßn cã mét tr¨m v¹ch chia: Khi ta v¨n nóm nµy sÏ lµm cho nóm quay dÉn ®ªn th­íc kÝnh trßn g¾n ®ång trôc víi nóm vÆn còng quay trßn vµ khi ®ã c¶m biÕn g¾n trªn th­íc trßn sÏ ®äc vµ thu liªn tôc sÏ t¹o ra hai tÝn hiÖu xung A,B vµ qu¸ tr×nh ®äc thu ho¹t ®éng ®­îc nhê mét nguån nu«i 5V,sau ®ã hai tÝn hiÖu A,B ®­îc g­Ø tíi m¹ch chia 4,khi ®ã cø mét xung xuÊt ra tõ c¶m biÕn sÏ cho ta 4 xung ,sau khi tÝn hiÖu A,B qua m¹ch chia 4 thi tÝn hiÖu l¹i ®­îc göi vµo vi ®iÒu khiÓn th«ng qua qu¸ tr×nh ng¾t vµ ®Õm,vµ tÝn hiÖu nhËn ®­îc sÏ ®­îc l­u vµo hai thanh ghi R5,R6…§îi RUN ®­îc kÝch ho¹t. Nóm ®Æt chÕ ®é cho c¸c trôc:X,Y,Z Khi ®Æt ë chÕ ®é lµ X th× ®îi cho ®Õn khi nót RUN ®­îc kÝch ho¹t th× ®éng c¬ ë trôc X sÏ ®­îc vi ®iÒu khiÓn t¸c ®éng lªn m¸y tÝnh kÝch ho¹t ho¹t ®éng, khi ®ã r«bèt sÏ ch¹y theo ph­¬ng X,c¸c trôc Y,Z còng t­¬ng tù nh­ trôc X Khi ®Æt ë chÕ ®é OFF th× sÏ kh«ng ®éng c¬ nµo ho¹t ®éng c¶ ngay c¶ khi Ên nót RUN Nóm ®Æt chÕ ®é xung:1 xung,10 xung,100 xung Khi nót 1 xung ®­îc kÝch ho¹t cã nghÜa lµ cø nóm vÆn 100 v¹ch quay ®­îc 1 v¹ch th× sÏ göi vµo R5 mét xung Khi nót 10 xung ®­îc kÝch ho¹t cã nghÜa lµ cø nóm vÆn 100 v¹ch quay ®­îc 1 v¹ch th× sÏ göi vµo R5 10 xung Khi nót 100 xung ®­îc kÝch ho¹t cã nghÜa lµ cø nóm vÆn 100 v¹ch quay ®­îc 1 v¹ch th× sÏ göi vµo R5 100 xung Nót RUN: Khi nót RUN ®­îc kÝch ho¹t toµn bé xung l­u trong R5 vµ R6 ®­îc göi tíi SBUF vµ göi vµo m¸y tÝnh th«ng qua m¹ch MAX232 ®Ó göi tÊt c¶ c¸c xung vµo m¸y tÝnh vµ m¸y tÝnh sÏ sö dông sè xung ®ã ®Ó göi tíi m¸y ho¹t ®éng ®éng c¬ cña c¸c trôc Nót STOP: Khi nót STOP ®­îc kÝch ho¹t cã nghÜa lµ tÊt c¶ ®Òu trë vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu v× thùc chÊt STOP chÝnh lµ nót reset ®­a tÊt c¶ vÒ ®Þa chØ 00H,cßn ®Ó dõng ®«ng c¬ khi kh«ng muèn cho nã ch¹y n÷a th× chØ cÇn nh¶ nót RUN lµ m¸y sÏ ngõng ho¹t ®éng t¹m thêi 4.1.4 Bé phËn ®iÒu khiÓn Bé phËn ®iÒu khiÓn chñ yÕu thùc hiÖn b»ng vi ®iÒu khiÓn AT89C51, bé phËn nµy ho¹t ®éng b»ng ph­¬ng ph¸p lËp tr×nh xö lý kÕt nèi víi c¸c bé phËn: Bé phËn c¶m biÕn encoder : phÇn nµy lµ mét encoder dïng ®Ó thu tÝn hiÖu tõ ®Üa kh¾c v¹ch, khi bé thu thu ®­îc tÝn hiÖu gåm hai tÝn hiÖu d¹ng xung cã sè pha lÖch nhau 900 ,khi qua bé chia 4 th× sè xung sÏ ®­îc chia ra lµm 4 xung truyÒn vµo vi ®iÒu khiÓn AT89C51 qua hai cæng INT0(cæng P3.2), vµ cæng INT1(cæng P3.3) lµ hai cæng t¹o ng¾t ngoµi ®Ó thùc hiÖn ®Õm sè xung vµo vµ xö lý sè xung ®Õm ®­îc KÕt nèi m¸y tÝnh: kÕt nèi m¸y tÝnh ®­îc nèi víi SBUF ë ch©n P3.0 vµ ch©n P3.1 ®Ó nèi víi bé phËn MAX 232 ®Ó thùc hiÖn chuyÓn ¸p t­¬ng thÝch gi÷a m¸y tÝnh víi vi ®iÒu khiÓn. H×nh 4.1: m¹ch ®iÒu khiÓn chÝnh cña ®iÒu khiÓn tù ®éng b»ng tay H×nh 4.2: s¬ ®å m¹ch chia 4 4.1.5 ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn *PhÇn mÒm sö dông trong lËp tr×nh tù ®éng m¸y ®o 3 to¹ ®é: Trong ch­¬ng tr×nh nµy, phÇn mÒm thùc hiÖn ®iÒu khiÓn tù ®éng robot lµ CVI vµ phÇn mÒm C. Trong ®ã : + phÇn mÒm CVI: lµ phÇn mÒm kh¸ míi, lµ sù kÕt hîp gi÷a C vµ C++, ®Æc ®iÓm cña CVI lµ cã tÝnh n¨ng h­íng ®èi t­îng rÊt cao nhê C++, vµ ngoµi sù æn ®Þnh vÒ truyÒn th«ng th× CVI cã tÝnh n¨ng m¹nh mÏ vÒ ch­¬ng tr×nh m« pháng ®å ho¹ nhê file ®å ho¹ OPENGL trong C, +PhÇn mÒm C : ®Ó lËp tr×nh phÇn cøng th× cã thÓ sö dông phÇn mÒm C hoÆc phÇn mÒm Assembler … Nh­ng phÇn mÒm C cã nh÷ng tÝnh n¨ng h¬n h¼n Assembler trong lËp tr×nh phÇn cøng, nã thÓ hiÖn ë tÝnh æn ®Þnh cao, ®¬n gi¶n vµ dÔ hiÓu, v× vËy mµ ng­êi sö dông cã thÓ dÔ dµng h¬n trong qu¸ tr×nh t×m hiÓu vµ lµm viÖc §Ó thùc hiÖn ®iÒu khiÓn tù ®éng robot ba to¹ ®é CMM nµy, trong ch­¬ng tr×nh nµy cã hai ®iÒu khiÓn chÝnh lµ : +§iÒu khiÓn tù ®éng b»ng tay quay: ®©y lµ phÇn ®iÒu khiÓn trùc tiÕp b»ng tay th«ng qua viÖc truyÒn d÷ liÖu ®iÒu khiÓn qua m¸y tÝnh, ra lÖnh cho m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn c¸c ®éng c¬ trªn c¸c trôc to¹ ®é. +§iÒu khiÓn tù ®éng b»ng m¸y tÝnh: ®©y ®­îc coi lµ ®iÒu khiÓn tinh cña ch­¬ng tr×nh, nã xö lý tÝn hiÖu vµ thùc hiÖn qu¸ tr×nh thu tÝn hiÖu vÒ tõ robot ®Ó xö lý kÕt qu¶ ®o. §Æc ®iÓm lËp tr×nh: v× hai qu¸ tr×nh nµy lµ riªng biÖt nªn ®iÓm lín nhÊt lµ tr¸nh sù xung ®ét cña hai qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn, v× hai qu¸ tr×nh xö lý nµy ®Òu dïng chung BUS lµ côm truyÒn th«ng RS232_MAX232. V× vËy mµ khi thùc hiÖn ®iÒu khiÓn b»ng tay th× xö lý ng¾t ®iÒu khiÓn b»ng m¸y tÝnh vµ ng­îc l¹i. Cßn qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ba trôc lµ chung. Qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn truyÒn th«ng ®­îc thùc hiÖn b»ng m· lÖnh do ng­êi lËp tr×nh tù quy ­íc. *Nguyªn lý ho¹t ®éng: Trong ch­¬ng tr×nh nµy PhÇn mÒm ®iÒu khiÓn tõ m¸y tÝnh PhÇn mÒm ®iÒu khiÓn phÇn cøng HiÓn thÞ KÕt qu¶ H×nh 4.3:S¬ ®å khèi hiÓn thÞ mèi quan hÖ gi÷a ®iÒu khiÓn phÇn cøn vµ phÇn mÒm Cho ®Õn nay, robot còng ®· xuÊt hiÖn kh¸ nhiÒu ë ViÖt Nam, nã lu«n lµ vÊn ®Ò míi vµ hÊp dÉn trong c«ng nghiÖp, nghiªn cøu còng nh­ häc tËp. Ngµy 12-10-2003 lµ ngµy ®¸nh dÊu mèc ph¸t triÓn míi trong lÜnh vùc nghiªn cøu, ®µo t¹o,øng dông khoa häc vµ c«ng nghÖ t¹i ViÖt Nam : Héi Khoa häc c«ng nghÖ Robot ViÖt Nam (Vietnamese Assiciation of Robotics-VAR) ®­îc thµnh lËp. Sù ra ®êi cña Héi ph¶n ¸nh nhu cÇu cÊp thiÕt cña c«ng nghiÖp, quèc phßng vµ cuéc sèng, ®¸p øng sù mong mái cña ®«ng ®¶o c¸c nhµ khoa häc, c¸c nhµ s¶n xuÊt, c¸c gi¸o s­, nghiªn cøu sinh, sinh viªn ®¹i häc vµ tÊt c¶ nh÷ng ai quan t©m ®Õn robot. h×nh 4.4: gi¶i thuËt ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn tù ®éng b»ng tay Ch­¬ng tr×nh phÇn mÒm ®iÒu khiÓn m¸y ®o 3 to¹ ®é ®­îc thùc hiÖn b»ng CVI +VISUAL BASIC + C, trong ®ã CVI n¾m vai trß ®iÒu khiÓn chung trong m¸y tÝnh, VISUAL BASIC lµ ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn m¸y ®o tù ®éng b»ng tay, cßn ch­¬ng tr×nh C lµ ch­¬ng tr×nh dïng cho viÖc lËp tr×nh ph©n cøng cho c¸c con vi ®iÒu khiÓn AT89C51, qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn ®­îc m« pháng nh­ trªn s¬ ®å khèi(h×nh 4.4), ch­¬ng tr×nh thùc hiÖn ®iÒu khiÓn chÝnh b»ng hai vßng TIMER quÐt liªn tôc ®Ó truyÒn m· lÖnh xuèng vi ®iÒu khiÓn vµ nhËn tÝn hiÖu truyÒn lªn tõ vi ®iÒu khiÓn, qu¸ tr×nh göi m· lÖnh lµ ®Ó cho vi ®iÒu khiÓn ph©n tÝch vµ nhËn biÕt nh÷ng lÖnh nµo ®­îc göi xuèng vµ tõ ®ã cã thÓ göi m· lÖnh vµ tÝn hiÖu lªn t­¬ng thÝch víi yªu cÇu cña m¸y tÝnh. Vi ®iÒu khiÓn sö dông mét TIMER ®Ó quÐt qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Õm xung tõ bé chia 4 lªn ®Ó truyÒn tÝn hiÖu lªn m¸y tÝnh, lóc nµy ®Ó thùc hiÒn qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn vi ®iÒu khiÓn lu«n ®îi lÖnh tõ bé ®iÒu khiÓn b»ng tay( thùc hiÖn b»ng c¸c c«ng t¾c ®iÒu khiÓn ®iÒu khiÓn) khi c«ng t¾c ra lÖnh cho ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn th× chÝp sÏ nhËn ®­îc lÖnh ®iÒu khiÓn sÏ vµ göi m· ®iÒu khiÓn lªn m¸y vi tÝnh ®Ó thùc hiÖn lÖnh cña bé ®iÒu khiÓn tù ®éng. 4.1.6 kÕt qu¶ ®¹t ®­îc Sau khi thùc hiÖn thiÕt kÕ vµ lËp tr×nh cho ®iÒu khiÓn tù ®éng m¸y ®o 3 to¹ ®é, kÕt qu¶ ®­îc hoµn thµnh: KÕt qu¶ ®­îc thùc hiÖn thÓ hiÖn trªn qu¸ tr×nh lËp tr×nh vµ ch¹y trªn m¸y vi tÝnh víi phÇn m« pháng ®Ó göi sè xung tõ ®iÒu khiÓn lªn m¸y tÝnh, vµ göi lÖnh thùc hiÖn ho¹t ®éng c¸c trôc X, Y, Z lªn m¸y tÝnh ®Ó tõ m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn m¸y ®o 3 to¹ ®é, kÕt qu¶ ch¹y trªn ®©y thÓ hiÖn ®­îc h×nh ¶nh thùc cña qu¸ tr×nh ch¹y ch­¬ng tr×nh H×nh 4.5: kÕt qu¶ göi lªn m¸y tÝnh mçi nót 1 xung ®iÒu khiÓn trôc Y H×nh 4.5: kÕt qu¶ göi lªn m¸y tÝnh mçi nót1 xung ®iÒu khiÓn trôcZ H×nh 4.5: kÕt qu¶ göi lªn m¸y tÝnh mçi nót 1 xung ®iÒu khiÓn trôc X H×nh 4.5: kÕt qu¶ göi lªn m¸y tÝnh mçi nót 10 xung ®iÒu khiÓn trôc X H×nh 4.5: kÕt qu¶ göi lªn m¸y tÝnh mçi nót 100 xung ®iÒu khiÓn trôcX 4.2 Bé phËn gi¶m chÊn 4.2.1 c«ng dông cña bµn gi¶m chÊn Môi trường xung quanh ta luôn xuất hiện các dao động do mọi vật luôn chuyển động và tác động lẫn nhau. Các dao động này lan truyền trên mặt đất, trên nền nhà của nhà xưởng sản xuất và các phòng thí nghiệm. Các thị bị đo lường và công nghệ lắp đặt trên nền các nhà xưởng và phòng thí nghiệm sẽ chịu tác động của những dao động này, các dao động này gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ chính xác của các phép đo và các nguyên công công nghệ chính xác. Khi xảy ra các cộng hưởng cục bộ tại các bộ phận của dụng cụ đo, gây ra các biến dạng và dịch chuyển vị trí lớn của các bộ phận, chi tiết và thiết bị. H×nh 4.2.1 ¶nh h­ëng cña m«i tr­êng xung quanh Đặc điểm là khi đo các kích thước độ dài cần đạt độ chính xác đến cỡ micromet hoặc nhỏ hơn, các dao động của môi trường gây nên những sai số lớn. Trong thiết bị đo chiều dài bằng giao thoa kế, độ chính xác của phép đo tùy thuộc vào độ ổn định vị trí tương quan giữa các phần tử của hệ quang. Các dao động trong môi trường xung quanh có thể làm thay đổi vị trí tương quan giữa các chi tiết quang và tạo nên những sai lệch như: độ không thẳng hàng, sự thay đổi khoảng cách tương đối giữa các chi tiết quang làm giảm sự rõ nét hoặc sai lệch các ảnh quang mà các sai lệch ảnh này thay đổi theo sự biến động của dao động. Do độ nhạy của hiệu ứng giao thoa đến một phần mười bước sóng thì những dao động trực tiếp rất nhỏ đến một vài phần mười micromet cũng làm cho hệ giao thoa không ổn định, vị trí vân giao thoa thay đổi gây nên sai số đo. Vì vậy, việc giảm ảnh hưởng của dao động môi trường đối với máy đo giao thoa kế là hết sức cần thiết, đặc biệt là trong quá trình nghiên cứu đo độ dài bằng giao thoa kế laser. 4.2.2 CÊu t¹o bé gi¶m chÊn: Một bàn giảm chấn thường có 3 bộ phận (hình vẽ 1.5) Thân bàn: trên đó đặt các thiết bị cần được giảm chấn. Các phần tử giảm chấn liên kết mặt bàn với khung giá đỡ. Hệ thống khung giá đỡ bàn đặt trên nền nhà, nền xưởng. NỀN NHÀ (Nguồn dao động) Khung giá bàn giảm chấn Phần tử giảm chấn Thân bàn giảm chấn THIẾT BỊ ĐO Hình4.2.2 Sơ đồ chức năng các bộ phận của bàn giảm chấn Đặc điểm của các bộ phận này: - Thân bàn: thân bàn có mặt phẳng để gá đặt các thiết bị. Thân bàn không chỉ bị biến dạng do lực bên ngoài tác động vào qua mối liên kết của các chân bàn mà nó còn bị biến dạng xoắn hoặc uốn khi ta đặt một vật nặng như chi tiết đo hoặc thiết bị lên bàn. Khi bàn bị biến dạng bởi tác dụng của lực tác dụng bên ngoài thì nó phục hồi trạng thái ban đầu ngay sau khi ngừng tác dụng. Tuy nhiên, do quán tính bàn có xu hướng vượt quá vị trí ban đầu và dao động. Các dao động này thường xảy ra ở các tần số cộng hưởng gây ra các biến dạng lớn hơn biến dạng tĩnh. Bởi vậy, thân bàn cần có độ cứng cao để hạn chế các cộng hưởng cơ ở tần số thấp và có trọng lượng đủ lớn để giảm nhẹ các dao động ở tần số cao. Ngoài ra, còn có dao động do va chạm và chuyển động của các vật trên bàn như dao động của một động cơ đặt trên bàn, các chuyển động đo… cần các giảm chấn nội để giảm dao động này. Kết cấu bàn thường dùng các vật liệu có độ cứng cao, dạng nhiều tấm phẳng liên kết dạng tổ ong như hình 1.6. - Các phần tử giảm chấn: Các phần tử giảm chấn nhằm triệt tiêu các rung động của các chi thiết hoặc các bộ phận thiết bị được lắp trên bàn giảm chấn. Sự lựa chọn các phần tử giảm chấn phụ thuộc vào độ nhạy cảm của thiết bị, trọng lượng của bàn và thiết bị, mức độ dao động của môi trường (mật độ phổ công suất). Các phần tử giảm chấn tốt phải triệt giảm được nhiều cả các dao động thẳng đứng và nằm ngang, có tần số cộng hưởng thấp, thời gian ổn định nhỏ. Thường để giảm chấn theo phương thẳng đứng người ta sử dụng đệm khí nén, còn theo phương ngang thường kết hợp lực hút trọng trường kết hợp với các đệm cao su. Sơ đồ nguyên lý của một phần tử giảm chấn điển hình như hình 1.7 Trong sơ đồ này sử dụng đệm khí hai buồng để giảm chấn theo phương thẳng đứng với liên kết tự lựa với mặt bàn cản trở khí giữa hai buồng khi nền nhà hoặc bàn dao động có tác dụng giảm thời gian ổn định mà vẫn đảm bảo giữ được tần số cộng hưởng của hệ thấp. Việc giảm chấn ngang thực hiện qua 3 dây treo dùng trọng lực của hệ làm lực của hệ làm triệt tiêu các dao động ngang. Giảm chấn bằng hấp thụ của dầu tự do dùng để giảm các dao động ở vùng tần số cộng hưởng của hệ. - Khung giá đỡ: Yêu cầu cơ bản của khung giá đỡ là đảm bảo liên kết giữa các phần tử giảm chấn với nhau và với nền nhà như hình 1.8. Chiều cao của các khung giá đỡ thường từ 700 đến 800mm, độ rộng tùy theo độ rộng của bàn có thể tới 1x3m. Các chân bàn có thể điều chỉnh độ cao phù hợp với độ phẳng của nền nhà. Để bù sự thay đổi tải trọng trên bàn, các chân khung giá đỡ có thể sử dụng các cơ cấu điều chỉnh bù độ cao bằng bằng van khí 3 ngả tự điều chỉnh bằng điện. Hình 4.2.3: Cấu tạo thân bàn giảm chấn Hình 4.2.4. Kết cấu của một phần tử giảm chấn Hình 4.2.5. Kết cấu khung giá bàn giảm chấn Hình 4.2.6: mô hình thiết kế bàn giảm chấn Trong thực tế các dao động của nền theo phương thẳng đứng là chủ yếu và phần tử giảm chấn theo phương thẳng đứng là quan trọng nhất. Dao động của nền trước khi truyền đến thiết bị đo phải qua các phần tử giảm chấn, để tiêu hao năng lượng dao động nhằm giảm biên độ dao động của thân bàn giảm chấn. Muốn vậy các phần tử cản phải là các hệ dao động có độ cản đủ lớn. Thêm nữa ngay cả khi nền nhà không dao động thì nếu chân bàn mang thiết bị có dao động vì một lý do nào đó hệ dao động có độ cản lớn này sẽ hao tán rất nhanh các dao động đó và ổn định nhanh hệ thống.Các chất khí có đặc tính đàn hồi và độ nén rất cao thích hợp làm phần tử giảm chấn. Trong các đệm khí thường sử dụng không khí, một đệm khí thường có sơ đồ nguyên lý như hình 1.9. Đệm khí có thể tích V=hxS, với h là chiều cao cột khí và S là diện tích ngang và đồng thời là diện tích chịu tải trọng tác dụng lên đệm khí. Áp suất p trong đệm khí khi làm việc sẽ tạo nên mộ áp lực cân bằng với tải trọng tác dụng: Trong đó: - m: khối lượng của tải trọng. - g: gia tốc trọng trường. x(t) m mg p V h S U(t) Thân bàn Sự hoạt động của đệm khí: Khi nền dao động , áp suất của đệm sẽ tăng lên hoặc giảm đi. Năng lượng của dao động sẽ chuyển hóa thành nội năng dạng nhiệt của khối khí và được hao tán, thân bàn giảm chấn mang thiết bị đo được giữ ổn định vị trí tương đối. Ta có thể mô hình hóa đệm khí như hình 1.9b: đệm khí làm việc chịu kích động của dao động nền có dạng U(t), có khối lượng m là khối lượng thân bàn giảm chấn và các thiết bị tác động lên đệm khí, độ đàn hồi của chất khí tạo nên một lò xo cứng C, sự hao tán năng lượng tạo nên phần tử cản B Các đệm khí được chia làm 2 dạng: - Đệm khí động: Là loại đệm khí mà buồng khí ở dạng hở, do sự thoát không khí qua khe hở nên để duy trì áp suất làm việc trong buồng khí phải luôn luôn cung cấp lượng khí bù vào lượng khí thoát ra. Khe hở khí thường chỉ từ vài µm đến vài chục µm nên lọa đệm khí này có khả năng giảm chấn không cao, cấu tạo phức tạp, đòi hỏi độ chính xác chế tạo cao nên ít được dùng làm đệm giảm chấn. - Đệm khí tĩnh: Buồng khí là kín, không phải bù khí, có độ giảm chấn cao. Để làm kín khí giữa hai phần tĩnh và động của đệm, có hai dạng là dạng piston và dạng màng. + Dạng piston: cho phép lượng dịch chuyển tự do giữa phần tĩnh và động lớn, song khó làm kín. Để làm kín khít thường sử dụng gioăng và dầu bôi trơn nhưng sẽ làm xuất hiện lực ma sát giữa xilanh và piston. Lực ma sát có xu hướng làm tăng độ cứng của đệm khí và thường không ổn định. Độ lớn của nó phụ thuộc vào trạng thái tiếp xúc bề mặt giữa piston và xi lanh và lực căng của gioăng. Lực này đặc biệt lớn khi xảy ra hiện tượng dính vật liệu giữa hai bề mặt. + Dạng màng: Có cấu tạo đơn giản dễ chế tạo, không có lực ma sát giữa phần tĩnh và phần động. Lượng dịch chuyển giữa hai phần tĩnh và động nhỏ. Khi lệch khỏi vị trí cân bằng của màng sẽ xuất hiện lực đàn hồi do biến dạng của màng. Lực này gây nên sự thay đổi độ cứng của đệm khí. m mg p V h S m mg p V h S 4.2.3 kÕt qu¶ thÝ nghiÖm 5. Tần số 50Hz 6. Tần số 60Hz 7. Tần số 70Hz 8. Tần số 80Hz 9. Tần số 90Hz 10. Tần số 100Hz 11. sự phụ thuộc của hệ số giảm chấn vào tần số a. lần đo thứ 1 b. lần đo thứ 2 c. Lần thứ 3 d. Lần thứ 4 e. Lần thứ 5 IV. NHẬN XÉT Hệ số giảm chấn tăng dần khi tăng tần số và đạt giá trị lớn nhất tại tần số f = 60Hz. Sau đó tiếp tục tăng tần số thì hệ số giảm chấn lại giảm dần. Kết luận: Bàn giảm chấn đang xét giảm chấn tốt nhất tại tần số 60Hz 60 f [Hz] Hệ số giảm chấn [lần] Dựa vào đồ thị 5 lần đo ta có thể vẽ được đồ thị về mối quan hệ giữa tần số và hệ số giảm chấn Môc lôc Tµi liÖu tham kh¶o D¬ng Minh TrÝ. Linh kiÖn quang ®iÖn tö. NXB khoa häc kü thuËt – 1995. Kutai A.K. S¸ch tra cøu kiÓm tra s¶n phÈm trong chÕ t¹o m¸y. NXB khoa häc vµ kü thuËt. Hµ néi – 1982. NguyÔn Thuý V©n. ThiÕt kÕ m¹ch logic sè. NXB khoa häc vµ kü thuËt. Hµ néi – 2001. In lÇn thø 4. NguyÔn Ngäc T©n. Kü thuËt ®o. NXB khoa häc vµ kü thuËt. Hµ néi – 1998. NguyÔn Minh HiÓn, Vò Linh. VËt lý ®iÖn tö. NXB Gi¸o dôc – 2001. William D.Stanley. Bé khuyÕch ®¹i vµ xö lý & IC tuyÕn tÝnh. NXB khoa häc vµ kü thuËt. Hµ néi – 2001. Ph¹m Minh ViÖt – TrÇn C«ng Nhîng. Kü thuËt m¹ch ®iÖn tö phi tuyÕn. NXB Gi¸o dôc – 2001. Gi¸o Tr×nh C¬ së kü thuËt ®o lêng. Trêng §HBK Hµ Néi – 1995. NguyÔn TÊn Phíc. Gi¸o tr×nh ®iÖn tö c«ng nghiÖp Kü thuËt xung. NXB Thanh ho¸ - 1998. §ç Xu©n Thô. Kü thuËt ®iÖn. NXB Gi¸o dôc – 1996. Ph¹m Thîng Hµn, NguyÔn Träng QuÕ, NguyÔn V¨n Hoµ. Kü thuËt ®o lêng c¸c ®¹i lîng vËt lý. TËp 1,2. NXB Gi¸o dôc – 1994. Ng« Diªn TËp. §o lêng vµ ®iÒu khiÓn b»ng m¸y tÝnh. NXB khoa häc vµ kü thuËt. Hµ néi – 1999. Ph¹m C«ng Ng«. Lý thuyÕt ®iÒu khiÓn tù ®éng. NXB khoa häc vµ kü thuËt. Hµ néi – 1998. Huúnh §¾c Th¾ng. Kü thuËt sè thùc hµnh. NXB khoa häc vµ kü thuËt. Hµ néi – 1998.