Manual robot

อุปกรณ์

- CPLD(XC9536)

- LM555

- ULN2003

- LM324

- regulator 7805

- Zener diode 5.7 V

- BD139

- Limit switch 

- Resistor

- Capacitor

- Joy playstation 2

- Proto board

- Connector

- Stepping motor

ขั้นตอนการทำส่วน Electronics

 - ทำการออกแบบวงจรและคำนวณค่าต่างๆ โดยจะต้องอยู่ในกติกาที่ได้กำหนดไว้ วงจรที่ได้ออกแบบมีดังนี้ 

 - วงจร Remote^[1] จะใช้ Body ของ joy playstation 2 ในการต่อ Limit switch 3 ตัวเข้ากับส่วนของปุ่ม analog และปุ่ม L2 เป็นการต่อตรงเข้า CPLD  

 - วงจร CPLD^[2] ลำดับแรกจะต้องเขียนโปรแกรม logic ลงใน CPLD โดยใช้โปรแกรม Xilinx [คลิ๊ก]

          จากโปรแกรมเมื่อกด 3 ปุ่มพร้อมกันจะทำให้วงจร IR ทำงาน

                            กดปุ่ม 1 ทำให้มอเตอร์ขวาทำงาน

                            กดปุ่ม 2 ทำให้มอเตอร์ซ้ายทำงาน 

 - วงจร IR^[3] input นั้นได้มาจาก CPLD แต่ความถี่ของ CPLD นั้นไม่ใช่ความถี่ที่เี่ต้องการ จึงใช้ LM555 ในการสร้างสัญญาณ โดยความถี่ที่ใช้คือ 37 kHz ซึ่งได้จากการคำนวณ f= 1.44/(R₁+2R₂)C₁ จากการคำนวณจะได้ค่า R₁ = 2.4k?, R₂ = 4.7k?, C₁ = 3300 pF 

 - วงจร Drive stepping motor^[4] จะใช้ ULN 2003 ในการ drive stepping motor โดยกระแสที่เข้า ULN 2003 นั้นจะต้องมีกระแสไม่เกิน 500mA ซึ่งเราจะใช้ IC 2 ตัวในการ drive motor เนื่องจาก motor มีทั้งซ้ายและขวา (ถ้าทำการใช้ IC ตัวเดียว drive motor 2 ตัวจะทำให้กระแสที่เข้า IC เกิน 500mA) และจ่ายแรงดันเข้าขา common ของ IC และ motor 12V ซึ่งการ drive จะเป็นในลักษณะ 1-phase ตามตารางดังนี้ 

ULN2003 เป็น driver สำหรับใช้เพิ่มกระแสเพื่อใช้ขับ stepping motor ในแต่ละ output สามารถใช้ขับกระแสได้สูงสุด 500mA ที่50V

   หลักการทำงานของ stepping mortor

      1. เมื่อ เฟส 1 ถูกป้อน pulse เข้ามาทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่ stator ที่ขดลวด 1 และจะผลักกับ rotor ให้เคลื่อนที่ไปคนละทาง
      2. เมื่อ เฟส 2 ถูกป้อน ก็จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้นที่ขด 2 และก็จะผลัก rotor ไห้เกิดการเคลื่อนที่ไปอีก (การเคลื่อนที่ของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นและ rotor จะหมุนไปทิศทางที่ตรงกันข้าม)
      3. เมื่อ เฟส 3 ถูกป้อน ก็จะทำไห้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้นที่ขด 3 และจะผลักไห้ rotor เกิดการเคลื่อนที่ไปอีก(สังเกตจากรูป การเคลื่อนที่ของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นและ rotor จะหมุนไปทิศทางที่ตรงกันข้าม)  

  - วงจรตัดไฟ^[5] จะใช้ zener diode 5.7V เป็นตัว reference ซึ่งจะมีแรงดัน 11.4V เป็น reference และนำแรงดันจาก battery เป็นตัวเปรียบเทียบ โดยใช้ LM324 เป็นตัวเปรียบเทียบแรงดัน โดยมี BD139 เป็นตัวขยาย ถ้าแรงดันมีค่าน้อยกว่า 11.4V จะทำให้ไม่มีกระแสไหลในวงจร 

- เมื่อได้ทำการออกแบบวงจรแล้ว จะต้องทำการ simulate ในโปรแกรม proteus เพื่อดูว่า output นั้นได้ตามที่ต้องการหรือไม่

- ทำการทดลองบน Photo board เพื่อดูการทำงานจริง

- ทำการเขียน Schematics โดยใช้โปรแกรม Protel 99 เพื่อทำลาย PCB

- เมื่อเขียน PCB เสร็จทำการส่งร้านเพื่อทำการกัด PCB ที่เราได้ออกแบบไว้

- เมื่อได้ PCB เสร็จ ต่อมาทำการบัดกรีวงจรตามที่ได้ออกแบบไว้ทั้งหมด

- นำทุกวงจรต่อเข้าถึงกันโดยใช้ connector

- ทำการทดลองวงจรว่าไช้ได้ตามที่ต้องการหรือไม่ ถ้าเกิดการ short กันให้ไล่วงจรดูใหม่ว่าเกิดการ short ที่จุดใดแล้วทำการแก้ไข

- เมื่อได้ตามวงจรที่ต้องการแล้วนำวงจรทั้งหมดประกอบลงหุ่นยนต์

ขั้นตอนการทำส่วน Machanics 

                ออกแบบโครงสร้างของหุ่นยนต์ และเขียนแบบลง Solid works โดยโครงสร้างประกอบไปด้วย ส่วนวางวงจร Drive, Motor, Sensor infrared ส่วนวางวงจร CPLD และส่วนที่วาง Battery                                           

                เริ่มซื้ออุปกรณ์เพื่อทำโครงสร้างของหุ่นยนต์ โดยใช้แผ่น Acrylic มาทำเป็นส่วนต่างๆและใช้น๊อตในการยึดแต่ล่ะส่วนเข้าด้วยกัน ในส่วนของล้อเลือกใช้ล้อตะขาบเพื่อง่ายต่อการเคลื่อนไหว

                เริ่มแรกตัดแผ่น Acrylic ตามขนาดที่ต้องการ จากนั้นใช้สว่านเจาะรูเพื่อใส่น๊อตตามจุดต่างๆเมื่อประกอบโครงต่างๆเข้าที่แล้วให้นำวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆทดลองวางตามจุดต่างๆที่เราได้ออกแบบไว้เผื่อแก้ไขเมื่อได้ขนาดที่ต้องการแล้วนำล้อตะขาบมาประกอบเข้าไป จากนั้นคำนวณแรงบิดของมอเตอร์ที่ต้องการใช้จากน้ำหนักทั้งหมดของหุ่นยนต์ได้ดังนี้                                            

จาก                 Torque = R x F ;  น้ำหนักหุ่นประมาณ 2.5 kg

                                                                              F = µmg  ; µ = 1

                                                                                F = (1)(2.5)(9.81)

                                                                                F = 24.525 N

                                                         Torque = R x F 

                                                         Torque = 0.013 x 24.525

                                                                          Torque = 0.318825 N.M 

            และนำค่า Torque ที่ได้มาหาขนาดของมอเตอร์ที่เราจะใช้งาน 

 รูปภาพเมื่อทำเสร็จแล้ว

Advertising Zone    Close