CỔNG HỌC LIỆU MỞ & CÔNG CỤ TÍNH TOÁN KỸ THUẬT

Trung tâm Công cụ Kỹ thuật & Học liệu Điện tử – Robotics

Hệ thống tra cứu thông số kỹ thuật, 6 bộ máy tính thiết kế Robot trực tuyến, sơ đồ chân vi điều khiển – cảm biến công nghiệp, thư viện thuật toán C/C++ chuẩn hóa và giáo trình đào tạo nội bộ của CLB Robotics — Khoa Điện - Điện tử (HYUTE).

PHÂN HỆ 01 • CÔNG CỤ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT & MẠCH ĐIỆN TỬ

1. Bộ 6 Máy tính Thông số Động học, Vít me, Nguồn Pin LiPo, Timer STM32 & Linh kiện

Thay đổi trực tiếp các thông số đầu vào để tính toán nhanh thông số cơ khí, nguồn điện và cấu hình thanh ghi vi điều khiển.

1A • Cơ điện tử & Truyền động Bánh xe

Tính Vận tốc Robot, Chu vi Bánh xe & Công suất Hệ Truyền động

Áp dụng cho đế di động 4 bánh Mecanum / 3 bánh Omni hoặc 2 bánh vi sai dùng động cơ DC Giảm tốc.

Vận tốc dài lý thuyết
1.73 m/s
6.22 km/h
Thời gian chạy dọc sân 6m
3.47 giây
Chu vi bánh: 314.2 mm
Mô-men xoắn yêu cầu / bánh
1.25 N·m
Tính cả tải leo dốc 15° (SF=1.5)
Mạch cầu H khuyến nghị
BTS7960 43A
Tổng công suất ~ 180 W
1B • Cơ cấu Nâng hạ Tuyến tính (Linear Actuator)

Tính Thông số Trục Vít me T8 / SFU1204 & Động cơ Bước NEMA 17/23

Xác định hệ số xung/mm (Steps/mm), vận tốc nâng hạ cơ cấu tay gắp và mô-men giữ cần thiết.

Hệ số xung trên mỗi mm
200.0 xung/mm
Độ phân giải: 5.00 µm/xung
Vận tốc nâng hạ tuyến tính
24.0 mm/s
Nâng cao 50cm mất: 20.8 giây
Tốc độ quay trục vít me
180 RPM
Vùng làm việc mô-men cao
Mô-men động cơ bước yêu cầu
18.5 N·cm
Chọn: NEMA 17 (42BYGH 0.45 N·m)
1C • Nguồn điện & An toàn Mạch công suất

Tính Thời lượng Pin LiPo, Dòng xả C-Rating & Tiết diện Dây AWG

Tính toán giới hạn dòng xả liên tục và chọn cầu chì bảo vệ cho mạch phân phối nguồn Robot.

Dòng xả liên tục tối đa
182.0 A
Năng lượng: 77.0 Wh
Thời gian chạy an toàn (80% DoD)
16.6 phút
Tương đương ~ 5 trận 3 phút
Cỡ dây nguồn chính khuyến nghị
12 AWG (3.3 mm²)
Giắc cắm chuẩn: XT60 / XT90
Cầu chì tổng & Cảnh báo áp thấp
Cầu chì 30A
Ngưỡng báo còi: 14.0V (3.5V/cell)
1D • Lập trình Vi điều khiển STM32 (TIM / PWM / PID)

Tính Thanh ghi Prescaler (PSC) & Auto-Reload (ARR) cho Timer STM32

Công thức chuẩn: f_PWM = f_TIM_CLK / ((PSC + 1) × (ARR + 1)) để xuất PWM cầu H hoặc tạo ngắt PID đúng chu kỳ.

Thanh ghi Prescaler (TIMx->PSC)
PSC = 0
Xung đếm: 72.00 MHz
Thanh ghi Auto-Reload (TIMx->ARR)
ARR = 3599
50% Duty: CCRx = 1800
1E • Điện tử cơ bản

Giải mã Điện trở 4 Vạch màu Chuẩn Quốc tế IEC 60062

Chọn màu sắc từng vạch để xác định nhanh giá trị điện trở và sai số khi lắp mạch thử nghiệm.

Giá trị Điện trở
10.0 kΩ ±5%
Ứng dụng phổ biến trong mạch
Điện trở kéo lên (Pull-up) chân Reset / I2C / Nút nhấn
1F • Thiết kế Mạch Giao tiếp Cách ly Quang

Tính Điện trở Hạn dòng LED Báo trạng thái & Optocoupler PC817

Bảo vệ chân GPIO vi điều khiển và tính trở hạn dòng khi giao tiếp cảm biến công nghiệp 12V/24V.

Điện trở tính toán lý thuyết
300 Ω
Trở chuẩn E24 khuyên dùng: 330 Ω
Công suất tiêu tán trên trở
0.030 W
Chọn trở: 1/4W (0.25W) hoặc SMD 0805
PHÂN HỆ 02 • TRA CỨU PHẦN CỨNG, CẢM BIẾN & THIẾT KẾ MẠCH IN

2. Bảng Tra cứu Sơ đồ Chân Vi điều khiển, Driver Công suất & Cảm biến Thực chiến

Tổng hợp toàn bộ sơ đồ ánh xạ chân ngoại vi, công thức chỉnh dòng Driver và sơ đồ ghép nối cảm biến công nghiệp 12V–24V vào vi điều khiển.

Vi điều khiển STM32F103C8T6
Cấu hình Nạp & Debug chuẩn SWD (4 dây):
• PA13 (SWDIO) • PA14 (SWCLK) • GND • 3.3V
Lưu ý trong CubeMX: Luôn chọn SYS -> Debug: Serial Wire trước khi sinh code để tránh bị khóa mạch nạp ST-Link.
ARM Cortex-M3 • 72 MHz • 64KB Flash • 20KB SRAM

Bảng Ánh xạ Ngoại vi Quan trọng trên STM32F103C8T6

Ngoại vi Chân Mặc định (Default) Chân Ánh xạ lại (Remap) Ứng dụng trên Robot
TIM1 PA8, PA9, PA10, PA11 PE9..PE14 (Bản 100 chân) Đọc Encoder #1 hoặc xuất 4 kênh PWM cao cấp
TIM2 PA0 (CH1), PA1 (CH2) PA15 (CH1), PB3 (CH2) Đọc Encoder #2 (Cần tắt JTAG để dùng PA15/PB3)
TIM3 PA6 (CH1), PA7 (CH2) PB4 (CH1), PB5 (CH2) Đọc Encoder #3 hoặc xuất PWM điều khiển cầu H
TIM4 PB6 (CH1), PB7 (CH2) Không Remap trên bản 48 chân Đọc Encoder #4 hoặc xuất xung PWM RC Servo
USART1..3 PA9/10, PA2/3, PB10/11 PB6/7 (USART1 Remap) Nhận dữ liệu tay cầm từ ESP32 / Module La bàn
CAN1 PA11 (RX), PA12 (TX) PB8 (RX), PB9 (TX) Truyền thông công nghiệp nối tới Transceiver TJA1050
PHÂN HỆ 03 • THƯ VIỆN MÃ NGUỒN MỞ NỘI BỘ CLB ROBOTICS

3. Thư viện 6 Thuật toán & Code Mẫu Chuẩn Kỹ thuật (C/C++ / STM32 / ESP32)

Mã nguồn đã được chuẩn hóa cấu trúc, tích hợp bộ lọc số và cơ chế an toàn, sẵn sàng sao chép trực tiếp vào dự án của các nhóm nghiên cứu.

pid_velocity_controller.cpp — Chuẩn C/C++ (STM32 / Arduino)

            
PHÂN HỆ 04 • HỌC LIỆU CHUYÊN MÔN KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

4. Danh mục Tài liệu Đào tạo Nội bộ & Sổ tay Thiết kế Kỹ thuật

Hệ thống chuyên đề lý thuyết và thực hành được biên soạn dành riêng cho các đợt huấn luyện kỹ thuật của CLB Robotics HYUTE.

Chuyên đề A • Điện tử & Thiết kế Mạch

Kỹ thuật Mạch Điện tử, Nguồn Xung & Thiết kế PCB 2 Lớp

  • A1. Sổ tay Thiết kế Mạch Cầu H MOSFET Công suất lớn & IC Kích Gate IR2104 /IR2184 Chuyên sâu

    Phân tích nguyên lý tụ Bootstrap, tính toán điện trở chân Gate chống dẫn trùng (Shoot-through) và mạch bảo vệ quá dòng.

  • A2. Quy trình Thiết kế Mạch In PCB từ A–Z trên Altium Designer & KiCad Cơ bản – Nâng cao

    Tạo thư viện linh kiện chuẩn IPC, thiết lập Design Rules, đi dây vi sai và xuất file Gerber đặt mạch JLCPCB.

  • A3. Thiết kế Mạch Nguồn Hạ áp Buck DC-DC (LM2596 / XL4015) & Lọc Nhiễu Nguồn Vi điều khiển Bắt buộc

    Cách chọn cuộn cảm, tụ ESR thấp và bố trí mạch nguồn cách ly hoàn toàn giữa khối động cơ 24V và khối logic 3.3V/5V.

Chuyên đề B • Vi điều khiển & Hệ thống Nhúng

Lập trình C/C++ Nhúng, STM32CubeIDE & Giao thức Truyền thông

  • B1. Giáo trình Lập trình STM32F103 / STM32F4 Thực chiến (Timer, DMA, UART, CAN) Trọng tâm

    Làm chủ ngắt định thời chính xác 1ms, đọc ADC đa kênh qua DMA không trễ CPU và giao tiếp mạng CAN giữa các bo mạch.

  • B2. Kiến trúc Phần mềm Nhúng Không chặn (Non-Blocking State Machine & FreeRTOS) Nâng cao

    Loại bỏ hoàn toàn hàm delay(); tổ chức tác vụ đa nhiệm đọc cảm biến, điều khiển PID và cập nhật màn hình OLED đồng thời.

  • B3. Kết nối Tay cầm Không dây DualShock 4 / Xbox với ESP32 & Giao thức Đóng gói Khung truyền Thực hành

    Ghép đôi địa chỉ MAC Bluetooth, chuẩn hóa tọa độ Joystick, lập trình khóa an toàn (Watchdog Timeout) khi mất sóng.

Chuyên đề C • Cơ khí Chế tạo & Thiết kế CAD 3D

Thiết kế Khung gầm Robot trên SolidWorks, Gia công CNC & In 3D

  • C1. Tiêu chuẩn Thiết kế Khung Nhôm Định hình (2020 / 3030) & Bố trí Trọng tâm Robot Cơ khí

    Kỹ thuật hạ thấp trọng tâm (Center of Gravity) để chống lật khi leo dốc 15° và bố trí hệ thống treo đàn hồi cho bánh Mecanum.

  • C2. Thiết kế Cơ cấu Tay gắp, Trục Vít me Trượt tròn & Truyền động Đai răng GT2 / HTD3M Thực hành

    Tính toán khoảng cách trục puly, chọn bạc đạn trượt LM8UU/LM12UU và dung sai lắp ghép khi in 3D nhựa PLA+/PETG.

Chuyên đề D • Điều khiển Tự động & Định vị Robot

Thuật toán PID, Odometry, Quỹ đạo Chuyển động & Thị giác Máy tính

  • D1. Phương pháp Hiệu chỉnh Tham số Kp, Ki, Kd Thực nghiệm (Ziegler-Nichols & Đồ thị Serial Plotter) Cốt lõi

    Quy trình vẽ đáp ứng bước (Step Response) thời gian thực trên máy tính để triệt tiêu dao động và sai số xác lập.

  • D2. Định vị Dead-Reckoning kết hợp 2 Bánh Đo đường (Tracking Wheels) & La bàn IMU Nâng cao

    Xác định tọa độ (X, Y, Theta) của Robot tự hành trên mặt sân với sai số dưới 1.5 cm.

PHÂN HỆ 05 • KINH NGHIỆM THỰC CHIẾN TẠI PHÒNG LAB

5. Cẩm nang Chẩn đoán & Khắc phục 6 Sự cố Phần cứng – Nhúng Điển hình

Tổng hợp các lỗi thực tế sinh viên thường gặp nhất khi lắp ráp mạch điều khiển Robot và giải pháp xử lý triệt để.

1. Vi điều khiển tự Reset hoặc treo đơ khi động cơ DC khởi động / đảo chiều

Nguyên nhân: Dòng khởi động động cơ lớn gây sụt áp tức thời (Brown-out) hoặc xung nhiễu cảm kháng truyền ngược vào nguồn 3.3V/5V.

Khắc phục: Tách riêng mạch hạ áp Buck nuôi MCU khỏi đường cấp nguồn cầu H; hàn tụ hóa 470µF–1000µF song song tụ gốm 100nF ngay đầu vào nguồn MCU; hàn 3 tụ gốm 104 (100nF) trên vỏ và 2 cực chổi than động cơ DC.

2. Số xung Encoder nhảy loạn hoặc đếm sai chiều khi chạy tốc độ cao

Nguyên nhân: Thiếu điện trở kéo lên (với Encoder ngõ ra NPN Open-Collector), dây tín hiệu đi sát dây nguồn động cơ, hoặc dùng ngắt ngoài bằng phần mềm bị quá tải.

Khắc phục: Gắn điện trở kéo lên 2.2kΩ lên 3.3V cho cả 2 pha A/B; cấu hình bộ lọc số phần cứng IC1Filter = 6..10 trong chế độ Hardware Encoder của Timer STM32.

3. Mạch nạp ST-Link V2 báo lỗi "No Target Connected" trên STM32 Blue Pill

Nguyên nhân: Chương trình nạp trước đó vô tình tắt chức năng chân SWDIO (PA13) / SWCLK (PA14) hoặc đưa chip vào chế độ Sleep.

Khắc phục: Chuyển jumper BOOT0 từ 0 sang 1, bấm nút RESET trên mạch, thực hiện xóa trắng Flash (Full Chip Erase) trên STM32CubeProgrammer, sau đó trả BOOT0 về 0.

4. Cảm biến góc MPU6050 bị treo cứng Bus I2C khi Robot di chuyển rung lắc

Nguyên nhân: Nhiễu đường truyền làm mất xung Clock SCL khiến Slave giữ chặt đường SDA ở mức thấp (I2C Bus Lockup).

Khắc phục: Giảm chiều dài dây I2C dưới 20cm, dùng trở kéo ngoài 2.2kΩ – 3.3kΩ, cấu hình I2C Timeout trong code để tự động phát 9 xung Clock giải phóng Bus khi phát hiện treo.

5. Động cơ bước NEMA 17 kêu rè đứng yên tại chỗ, không quay

Nguyên nhân: Đấu sai cặp dây cuộn pha (A+/A- và B+/B-) hoặc phát tần số xung khởi động ban đầu quá cao vượt quá vùng Pull-in Torque.

Khắc phục: Dùng đồng hồ VOM thang đo thông mạch xác định đúng 2 cặp cuộn dây; áp dụng thuật toán tăng tốc hình thang (khởi động từ 400 Hz rồi tăng dần lên tần số đích).

6. Cháy nổ IC Driver A4988 / MOSFET cầu H ngay khi cắm giắc nguồn Pin

Nguyên nhân: Cắm ngược cực âm dương, rút giắc động cơ khi đang cấp nguồn, hoặc tia lửa điện lúc cắm giắc XT60 tạo gai điện áp vọt lố (>40V).

Khắc phục: Luôn gắn tụ hóa 100µF–220µF / 50V sát chân VMOT – GND để hấp thụ gai áp khi cắm pin; tắt nguồn hoàn toàn trước khi tháo/lắp dây động cơ.

PHÂN HỆ 06 • ĐÀO TẠO NỘI BỘ & QUẢN LÝ PHÒNG LAB

6. Lộ trình Phát triển Kỹ năng Thành viên & Tra cứu Thiết bị Thực hành

Bấm vào từng giai đoạn đào tạo để xem yêu cầu kỹ thuật đầu ra, hoặc tra cứu danh mục linh kiện sẵn có tại phòng Lab CLB.

Giai đoạn 01 • Sinh viên Năm 1
Nhập môn Điện tử & Lập trình C/C++

Làm quen linh kiện, kỹ thuật hàn mạch, đọc sơ đồ nguyên lý và lập trình Arduino cơ bản.

Giai đoạn 02 • Sinh viên Năm 2
Vi điều khiển STM32/ESP32 & Thiết kế PCB

Thiết kế mạch in Altium/KiCad, lập trình thanh ghi/HAL STM32, vẽ cơ khí 3D SolidWorks.

Giai đoạn 03 • Thành viên Nòng cốt
Điều khiển Tự động, PID & Hệ thống Nhúng

Động học Mecanum/Omni, điều khiển PID đa trục, giao tiếp công nghiệp CAN/RS485.

Giai đoạn 04 • Trưởng nhóm Kỹ thuật
Chủ nhiệm Đề tài NCKH & Đồ án Thực tế

Chủ trì đề tài NCKH cấp Khoa/Trường, thiết kế hệ thống hoàn chỉnh và hướng dẫn khóa mới.

Quản lý Trang thiết bị CLB

Danh mục Thiết bị, Vi mạch & Máy đo Phòng Lab

Thiết bị / Linh kiện Thông số kỹ thuật Số lượng Thao tác
Kit STM32F103C8T6 + Mạch nạp ST-Link V2 ARM Cortex-M3 72MHz, 64KB Flash, nạp SWD 15 bộ
Bo mạch STM32F407VET6 Cortex-M4 168MHz, FPU phần cứng, 512KB Flash, CAN/FSMC 06 bộ
Bộ Kit Thực hành Arduino UNO R3 + Sensor ATmega328P, Breadboard, Servo SG90, LCD 1602 12 bộ
Module ESP32-WROOM-32D + Tay cầm PS4 Thu phát Wi-Fi / Bluetooth điều khiển Robot 08 bộ
Động cơ DC Giảm tốc JGB37-520 (Có Encoder) 12V – 330 RPM, Encoder Hall 11 xung/vòng 24 chiếc
Driver Động cơ Bước A4988 / TB6600 & NEMA 17 Điều khiển cơ cấu vít me nâng hạ chính xác 20 bộ
Mạch Cầu H Công suất BTS7960 43A 6V–27V, dòng đỉnh 43A điều khiển động cơ lớn 16 chiếc
Cảm biến Góc IMU MPU6050 & Laser VL53L1X Gia tốc + Con quay hồi chuyển 6 trục & Đo xa Laser 14 chiếc
Máy Hiện sóng Số (Digital Oscilloscope) 2 kênh 100MHz — Đo dạng sóng PWM, I2C, UART 02 máy (Tại Lab)
Nguồn Đa năng DC Chỉnh áp/dòng & Trạm Hàn 0–30V / 0–10A & Trạm hàn nhiệt Hakko/Quick 06 bộ (Tại Lab)
Dành cho Thành viên & Nhóm Đề tài

Phiếu Đăng ký Mượn Linh kiện / Sử dụng Phòng Lab

Thông tin đăng ký được gửi trực tiếp tới Ban Chủ nhiệm & Tổ Quản lý Thiết bị của CLB.