Luận văn Thiết kế cánh tay robot gắp khối dùng vi điều khiển pic 16f877a

ĐAI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BỘ MÔN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CÁNH TAY ROBOT GẮP KHỐI DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A SVTH : DƯƠNG BÌNH THẠNH MSSV:403T0254 VÕ THANH ĐIỀN MSSV:403T0055 GVHD : TS. HOÀNG MINH TRÍ Ks. BÙI THANH HUYỀN Lớp : BT03TDH TP.HOÀ CHÍ MINH, Tháng 5/2008 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA ----oOo---- ----oOo---- Số: ……./BKĐT KHOA : ĐIỆN-DIỆN TỬ NHIỆM VỤ LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HỌ VÀ TÊN :DƯƠNG BÌNH THẠNH MSSV: 403T0254 NGÀNH : ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LỚP :BT03TĐH 1. Đầu đề luận án : THIẾT KẾ MÔ HÌNH CÁNH TAY MÁY ROBOT SÁU BẬC TỰ DO DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC 2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu): ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 3. Ngày giao nhiệm vụ luận án : ……………………………………………………………… 4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ : ……………………………………………………………… 5. Họ tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn: 1/ TS. Hoàng Minh Trí Toàn phần 2/ …………........................................ …………........................................ 3/ …………........................................ …………........................................ Nội dung và yêu cầu của LATN đã được thông qua bộ môn. Ngày …. tháng …. năm 2008 Chủ nhiệm bộ môn Người hướng dẫn chính (ký tên và ghi rõ họ tên) (ký tên và ghi rõ họ tên) TS. NGUYỄN ĐỨC THÀNH TS. HOÀNG MINH TRÍ PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Người duyệt(chấm sơ bộ):……………….. Đơn vị: …………………………………... Điểm tổng kết: …………………………... Nơi lưu trữ luận án: ……………………... TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC ----oOo---- ----oOo---- Ngày ….tháng …. năm 2008 PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN (Dành cho người hướng dẫn / phản biện) 1. Họ và tên SV: ……………………………………………………………………… MSSV:………………………………..Ngành (chuyênngành):……………………. 2. Đề tài:………………………………………………………………………………. 3. Họ tên người hướng dẫn / phản biện:……………………………………………… 4. Tổng quát về bản thuyết minh: Số trang :……………………….. Số chương: ……………………….. Số bản số liệu:……………………….. Số hình vẽ:………………………… Số tài liệu tham khảo:………………… Phần mềm tính Toán:……………… Hiện vật(sản phẩm):………………….. 5. Tổng quát về các bản vẽ. -Số bản vẽ: bản A1 bảnA2 khổ khác -Số bản vẽ tay Số bản vẽ trên máy tính 6. Những ưu điểm chính của LVTN :………………………………………… 7. Những thiếu sót chính của LVTN:……………………………………………… ……………………………………………………..……………………………… 8. Đề nghị: Được bảo vệ: Bổ xung thêm để bảo vệ không được bảo vệ 9. Câu hỏi SV phải trả lời trước hội đồng(CBPB ra ít nhất 02 câu): a. ………………………………………………………………………………... b. ………………………………………………………………………………... c. ………………………………………………………………………………... 10. Đánh giá chung(bằng chữ: giỏi, khá ,TB): Đi ểm: ……./10 Ký tên (ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC ----oOo---- ----oOo---- Ngày ….tháng …. năm 2008 PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN (Dành cho người hướng dẫn / phản biện) 1. Họ và tên SV: ……………………………………………………………………. MSSV:………………………………..Ngành (chuyênngành):…………………… 2. Đề tài:……………………………………………………………………………… 3. Họ tên người hướng dẫn / phản biện:……………………………………………… 4. Tổng quát về bản thuyết minh: Số trang :……………………….. Số chương: …………………………. Số bản số liệu:……………………….. Số hình vẽ:………………………….. Số tài liệu tham khảo:………………… Phần mềm tính Toán:………………. Hiện vật(sản phẩm):………………….. 6. Tổng quát về các bản vẽ. -Số bản vẽ: bản A1 bảnA2 khổ khác -Số bản vẽ tay Số bản vẽ trên máy tính 6. Những ưu điểm chính của LVTN:……………………………………………….. 7. Những thiếu sót chính của LVTN:………………………………………………. ……………………………………………………..………………………………… 8. Đề nghị: Được bảo vệ: Bổ xung thêm để bảo vệ không được bảo vệ 9. Câu hỏi SV phải trả lời trước hội đồng(CBPB ra ít nhất 02 câu): a. ………………………………………………………………………………... b. ………………………………………………………………………………... c. ………………………………………………………………………………... 10. Đánh giá chung(bằng chữ: giỏi, khá ,TB): Đi ểm: ……./10 Ký tên (ghi rõ họ tên) Nhận xét của giáo viên hướng dẫn ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Tp. Hồ Chí Minh, Ngày …. Tháng ….năm 2008 GVHD Nhận xét của giáo viên phản biện ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Tp. Hồ Chí Minh, Ngày …. Tháng…. năm 2008 GVPB LỜI CẢM ƠN Đề tài được hoàn thành trong sự hỗ trợ và động viên rất nhiều từ gia đình, người thân, thầy cô cũng như bạn bè thân thuộc. Đó là những tình cảm thật đáng trân trọng không sao đền đáp hết, và thật phấn khởi biết bao khi thấy mọi người vẫn luôn ở bên cạnh mình trong những hoàn cảnh khó khăn nhất. Dù ở bất kỳ nơi đâu, tôi sẽ vẫn nhớ và ghi sâu những tình cảm cao đẹp này. Cảm ơn ba mẹ đã luôn cùng con đi suốt những tháng ngày khó khăn qua. Cảm ơn ông, bà, và các cô chú vẫn luôn động viên và ủng hộ con. Đặc biệt cảm ơn thầy Hoàng Minh Trí và cô Bùi Thanh Huyền đã tạo điều kiện và hướng dẫn em cách học tập cũng như nghiên cứu để hoàn thành tốt đề tài này. Chân thành cảm ơn những người bạn vẫn luôn đồng hành cùng mình cả trong những lúc khó khăn nhất. Cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Điện tử – Tự động hóa Trường Đại học Bách Khoa luôn cảm thông và tạo điều kiện tốt cho em trong suốt thời gian học tập tại trừơng. Qua đây em cũng rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy cô trong Hội đồng bảo vệ khóa luận tốt nghiệp. Cuối cùng xin chúc gia đình, người thân, quý thầy cô cùng bạn bè nhiều sức khỏe và thành công trong mọi việc. LỜI NÓI ĐẦU Từ các thông tin trên các diễn đàn Internet và các trung tâm học tập thực hành, cho thấy nhu cầu học tập và nghiên cứu cũng như tự mài mò tìm hiểu về nhiều lĩnh vực trong ngành điện tử nói chung, tự động hóa nói riêng là rất cao. Trong nhiều lĩnh vực được quan tâm, có một lĩnh vực về vi điều khiển được quan tâm rất nhiều hiện nay đó là vi điều khiển PIC. Việc tìm hiểu và ứng dụng hết khả năng của nhiều loại PIC là cả một quá trình dài lý thú và hữu ích, vì sự thuận tiện, tinh gọn, khả năng phát triển cũng như sự đa dạng các dòng sản phẩm phù hợp nhiều quy mô ứng dụng của nó. Một lĩnh vực khác được quan tâm đông đảo trên các diễn đàn học tập ngành điện tử và tự động hóa, nhưng chưa có một tài liệu chính thống phổ biến hướng dẫn hay cung cấp thông tin về nó, cũng như chưa được giảng dạy ở nhiều trung tâm đó là ứng dụng PIC 16f877 điều khiển cánh tay ROBOT và thể hiện một sự linh hoạt mà trong thực tế rất phù hợp với nhu cầu s ản x ấut đa dạng trong các hệ thống từ công nghiệp cho đến dân dụng. Thuận tiện cho người vận hành cũng như cũng như năng xuất và chất lượng sản phẩm, trình bày một cách sinh động hơn Lựa chọn PIC trong đề tài này là một bước đi phù hợp với những yêu cầu giới hạn cần có của một đề tài tốt nghiệp cũng như đáp ứng những nhu cầu ứng dụng thực tế trong các lĩnh vực của ngành điện tử và tự động hóa đã theo học. Tuy đã có nhiều cố gắng nhưng do vốn kiến thức còn hạn chế cũng như thời gian còn hạng chế nên sẽ không tránh khỏi những sai sót và khuyết điểm trong qúa trình tính toán cũng như thi công công mô hình, rất mong được sự thông cảm và góp ý kiến của qúi thầy cô cũng như các bạn sinh viên. TOÙM TAÉT LUAÄN VAÊN Thöïc hieän ñeà taøi “THIEÁT KEÁ & ÑIEÀU KHIEÅN MOÂ HÌNH CAÙNH TAY MAÙY SAÙU BAÄC TÖÏ DO” Thöïc hieän ñeà taøi nghieân cöùu khaùi nieäm, nguyeân lyù laøm vieäc cuûa caùnh tay maùy sử dụng step motor để di chuyển sản phẩm. Cành tay máy sẽ di chuyển vật theo lộ trình định trước, và lập lại thao tác tương tự khi ấn phím enter. Ứng dụng phần mềm PCWH 3.227 sử dụng ngôn ngữ lập trình C (CCSC) để biên dịch và nạp cho vi xử lí PIC. Hiển thị trạng thái hoạt động của cành tay máy thông qua màn hình tinh thể lỏng LCD. Ứng dụng phần mềm OrCAD hổ trợ thiết kế mạch in. MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN Trang 1.1 Giới thiệu sơ lược về lịch sử phát triển của Robot. 1 1.2 Tình hình phát triển của Robot hiện nay. 2 1.3 Tình hình phát triển của ngành TDH ở nước ta hiện nay. 3 1.4 Nội dung đề tài. 4 1.5 Giới thiệu vấn đề. 4 Chương 2: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Tổng quang. 5 2.2 Giới hạn đề tài nghiên cứu. 5 2.3 Phương pháp nghiên cứu. 5 Chương 3 : GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A 3.1 Vi điều khiển PIC 16F877A . 7 3.1.1 Giới thiệu chung. 8 3.1.2 Phân loại PIC. 8 3.2 Cấu trúc tổng quát của PIC16F877A. 8 3.3 Các Port xuất nhập và thanh ghi điều khiển. 10 3.4 Mạch dao động cho PIC . 13 3.5 Chân Reset PIC 13 3.6 Vấn đề cấp nguồn chi vi điều khiển. 14 3.7 Tổ chức bộ nhớ PIC . 14 Chương 4: MÔ-ĐUN MÀN HÌNH TINH THỂ LỎNG LCD(LIQUID CRYSTAL DISPLAY) 4.1 Giới thiệu Chung LCD. 17 4.2 Module LCD hi ển th ị k ý t ự theo d òng LMB 162ABC. 18 4.3 Lưu đồ khởi động LCD. 24 4.4 Sơ đồ kết nói ứng dụng vi điều khiển. 25 Chương 5: BIÊN DỊCH PCWH 3.227 SỬ DỤNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH C . 5.1 Giới thiệu chung về ngôn ngữ C. 26 5.2 Cách viết một chương trình trong CCSC. 28 5.3 Chương trình nạp Vi điều khiển PIC qua cổng LPT WinPic800 42 5.4 Bài tập minh họa điều khiển dãy 8 LED đơn 46 Chương 6: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC. 6.1 Nguyên lí hoạt động của động cơ bước. 50 6.2 Giới thiệu các motor dùng trong cánh tay máy . 55 Chương 7: THÍÊT KẾ VÀ THI CÔNG 7.1 Tính toán sơ bộ cánh tay máy. 58 7.2 Tính vận tốc và moment của động cơ bước . 59 7.3 Tính toán phần cơ của cánh tay máy. 60 7.4 Mô hình thi công cánh tay máy. 61 7.4 Thiết kế bo mạch điều khiển cho cánh tay máy. 68 7.6 Lưu đồ giải thuật điều khiển. 70 7.6 Chương trình điều khiển. 74 Chương8: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 8.1 Tóm tắt đề tài. 95 8.2 Kết quaû thöïc hieän. 95 8.3 Một vài đề nghị. 96 Tài Liệu Tham khảo. 97 Báo cáo luận văn tốt nghiệp. SVTH: Dương Bình Thạnh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 LÒCH SÖÛ PHAÙT TRIEÅN CUÛA ROBOT Thuaät ngöõ ROBOT xuaát hieän vaøo naêm 1920 trong moät taùc phaåm vaên hoïc cuûa nhaø vaên Tieäp Khaéc coù teân Karel Capek. Thuaät ngöõ Inducstrial Robot (IR) - xuaát hieän ñaàu tieân ôû Myõ do coâng ty AMF (American Manchine and Foundry company) quaûng caùo moâ taû moät thieát bò mang daùng daáp vaø coù moät soá chöùc naêng nhö tay ngöôøi ñöôïc ñieàu khieån töï ñoäng ñeå thöïc hieän moät soá thao taùc saûn xuaát thieát bò coù teân goïi Versatran. Quaù trình phaùt trieån cuûa IR coù theå toùm taét nhö sau: - Töø nhöõng naên 50 ôû Myõ xuaát hieän vieän nghieân cöùu ñaàu tieân. - Ñang ñaàu nhöõng naêm 60 xuaát hieän saûn phaåm ñaàu tieân teân Versatran cuûa coâng ty AMF. - ÔÛ Anh ngöôøi ta baét ñaàu nghieân cöùu vaø cheá taïo caùc IR theo baûn quyeàn cuûa Myõ töø naêm 1967; - ÔÛ caùc nöôùc Taây AÂu khaùc nhö : Ñöùc, YÙ, Phaùp, Thuïy Ñieån, töø nhöõng naêm 70. - Chaâu AÙ coù Nhaät baét ñaàu nghieân cöùu öùng duïng IR töø naêm 1968. Ñeán nay treân theá giôùi coù khoaûng treân 20 coâng ty saûn xuaát IR trong soá ñoù coù 80 coâng ty cuûa Nhaät , 90 coâng ty cuûa caùc nöôùc Taây AÂu, 30 coâng ty cuûa Myõ vaø moät soá coâng ty ôû Nga, Tieäp … Theo chuûng loaïi, möùc ñoä ñieàu kh