Lựa chọn phương án Mục tiêu Xe đạt được tốc độ tối đa là v = 0,9m/s Bám line với sai số mong muốn e lớn nhất 10,98mm Chạy tốc độ thấp, bám line hoàn thành sa bàn của đề bài Nhiệm vụ Thiết kế kết cấu c[.]
Trang 1Lựa chọn phương án
Mục tiêu:
- Xe đạt được tốc độ tối đa là v = 0,9m/s
- Bám line với sai số mong muốn e lớn nhất 10,98mm
- Chạy tốc độ thấp, bám line hoàn thành sa bàn của đề bài
Nhiệm vụ:
- Thiết kế kết cấu cơ khi bám đường tốt, chịu được tải trọng 2kg, nhỏ gọn
- Chọn động cơ – driver đáp ứng được vận tốc đã đặt ra
- Chọn loại cảm biến, thiết kế và chế tạo mạch cảm biến, mạch điều khiển cho robot
- Chọn thuật điều khiển và lập trình cho robot bám line và hoàn thành sa bàn
Phần điện
Yêu cầu:
- Mang tải trọng 2kg có thể di chuyển đạt tốc độ yêu cầu
- Kết cấu đơn giản, giúp xe qua cua, bám đường tốt
Cấu hình xe 2 bánh
- Ưu điểm: kết cấu đơn giản, di chuyển trên nhiều địa hình
khác nhau, xoay chuyển một cách linh hoạt
- Nhược điểm: gặp khó khăn trong vấn đề bám line và phải
giải quyết vấn đề tự cân bằng của xe, khó phân bố điều tải
trọng, robot di chuyển với tốc độ thấp
Kết cấu xe 3 bánh: 2 bánh chủ động và một bánh tự lựa
- Ưu điểm: di chuyển ổn định trên nhiều địa hình, luôn đảm
bảo các điểm luôn tiếp xúc trên đường, linh hoạt xoay
chuyển, kết cấu đơn gian
- Nhược điểm: độ ổn định kém do diện tích tiếp xúc mặt chân
đế nhỏ
Kết cấu xe 4 bánh gồm: 4 bánh điều khiển riêng biệt và 4 bánh có 2
bánh chủ động, 2 bánh tự lựa Đối với 4 bánh điều khiển riêng biệt
- Ưu điểm: kết cấu đơn giản, chịu tải trọng tốt
- Nhược điểm: điều khiển 4 động cơ phức tạp, qua cua khó khăn do
không tạo được trọng tâm tức thời do 4 động cơ
Đối với 4 bánh: 2 bánh bị động, 2 bánh chủ động
- Ưu điểm: kết cấu tăng độ cứng vững, phân bố tải trọng đều, giảm đi
hiện tượng trượt, bám line với độ ổn định cao do diện tích tiếp xúc
mặt chân đế lớn
- Nhược điểm: vận tốc hạn chế, quán tính khi qua cua lớn
Yêu cầu:
- Chọn động cơ đạt được tốc độ tối đa 0,9m/s
- Thiết kế và chế tạo mạch cảm biến
- Chọn Driver
Chọn động cơ
Động cơ Step -Ưu điểm: Kiểm soát vị trí chính xác, xác định chính xác hướng khi quay, dễ thiết lập và kiểm soát
- Nhược điểm: động cơ dễ bị trượt bước gây sai lệch trong điều khiển
Động cơ Servo
- Ưu điểm:Tránh được hiện tượng trượt bước như Step DC, hoạt động ở tốc độ cao, momen xoắn cao, luân chuyển chính xác trong góc giới hạn, kiểm soát vị trí chính xác
- Nhược điểm: Thiết lập bộ diều khiển phức tạp
Động cơ có Encorder
- Ưu điểm: dễ điều khiển, hoạt động ở tốc độ cao, momen xoắn cao, được dùng phổ biến trong các xe đua đã tìm hiểu, kiểm soát vị trí chính xác
- Nhược điểm: dòng khởi động lớn, độ vọt ló cao
Chọn Driver
Driver TB6612
- Nguồn áp vào: 12V
- Nguồn dòng đầu ra lớn nhất:
1.2A
- Tính tuyến tính giữa xung PWM và tốc độ quay của động cơ tuyến tính cao
- Dòng đầu ra quá nhỏ, khi động cơ quá tải driver có thể
sẽ cháy
Driver L298
- Nguồn áp vào: 12V
- Nguồn dòng ra của một cầu là: 2A
- Đồ thị tuyến tính của xung PWM và tốc độ quay của motor tuyến tính thấp
- Dòng ra tương đối đáp ứng được nguồn dòng động cơ tiêu thụ khi quá tải, khả năng tuyến tính vẫn có thể đáp ứng tốt cho động cơ hoạt động ổn định
Cảm biến
Chọn loại cảm biến
Camera CMU
- Ưu điểm: đạt được độ chính xác rất cao, có thể nhận biết được các dạng đường line phức tạp, đứt đoạn thông qua các giải thuật xử lý ảnh, thư viện hỗ trợ có sẳn
- Nhược điểm: phương pháp này ít được dùng trong các cuộc thi đua
xe line màu do khối lượng xử lí nhiều, dẫn đến hạn chế tốc độ tối
đa của xe, đồng thời camera có thể
bị nhiễu với môi trường có cường
độ ánh sáng cao
Cảm biến dò line TCRT5000
- Ưu điểm: phototransistor thời gian đạt được giá trị xác lập rất ngắn 15ns [2]
, giá thành rẻ, dể dàng thiết kế, chế tạo mạch với số lượng cảm biến đã chọn
- Nhược điểm: dễ bị ảnh hưởng bởi ánh sáng ngoài trời
Khoảng cách giữa 2 cảm biền và
cách đặt cảm biến
- Chọn khoảng cách cảm biến sau thỏa điều kiện có ít nhất 2 cảm biến trong và nhiều nhất là 3 cảm biến nằm trong line khi di chuyển trên đường thẳng, đảm bảo không cho nó chồng lấn lên vùng làm việc của nhau, chọn: L = 12.5mm
- Cách đặt cảm biến: để giảm hiện tượng nhiễu do chồng lấn lên vùng làm việc chọn cách đặt cảm biến dọc,
số lượng cảm biến là 7 cảm biến
Yêu cầu:
- Thuật điều khiển đơn giản, dễ lập trình
- Cấu trúc mạch điều khiển dể thiết kế, đáp ứng các thời gian phản hồi, xữ lí và phát tín hiệu điều khiển
Cấu trúc mạch điều khiển
Điều khiển phân cấp
- Ưu điểm: giảm khối lượng xữ
lí tín hiệu của các vi điều khiển, mỗi VĐK sẽ thực hiện riêng một nhiệm vụ của mình
- Nhược điểm: phấn bố, thiết kế mạch phức tạp, thời gian đáp ứng có thể chậm do dùng các chuẩn truyền
Điều khiển tập trung
- Ưu điểm: đơn giản trong phân bố, thiết kế mạch, thời gian đáp ứng xữ lí tín hiệu nhanh, không cần các chuẩn truyền nhận dữ liệu
- Nhược điểm: một VĐK làm nhiệm vụ quá nhiều, dễ dẫn đến hiện tượng quá tải
Xữ lí thông tin đọc về từ cảm biến
Phương pháp on/off (trả về một dãy số mã nhị phân)
- Ưu điểm: dể điều khiển, thuật điều khiển đơn giản, lập trình
dễ dàng
- Nhược điểm: không tìm đươc sai số bám line,robot dễ bị rung lắc mạnh do tín hiệu ở dạng bật tắt
Phương pháp trung bình cộng
có trọng số ( trả về một con số)
- Ưu điểm: robot di chuyển ổn định hơn, hạn chế được độ vọt
lố động cơ DC, xác định vị tri robot, sai số bám line
- Nhược điểm: phức tạp khi lập trình, tăng khối lượng xữ lí tín hiệu, giảm thời gian đáp ứng
Chọn loại xe 4 bánh: 2 bánh chủ động, 2 bánh bị động(bánh mắt
trâu)
Chọn loại đông cơ có encoder
phía sau
Chọn driver L298
Chọn TCRT5000
Cấu trúc mạch điều khiển theo
kiểu tập trung Chọn phương pháp điều khiển
on/off
Chức năng Họ và Tên Chữ ký Ngày Số lượng Khối lượng Tỉ lệ
Tờ Số tờ
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
LỰA CHON PHƯƠNG
ÁN THIẾT KẾ
Thiết kế
Hướng dẫn
Duyệt
Nhóm 2
Nguyễn Duy Anh