Thuyết minh báo cáo đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

Đểthiết kế và vận hành một robot dò line, tất cả các yếu tố kỹ thuật cấu thành của robot đềucần được quan tâm: sơ đồ nguyên lý, loại cảm biến, động cơ, cấu trúc điều khiển và giảithuật đ

H TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS Nguyễn Tấn Tiến

Sinh viên thực hiện: MSSV

TpHCM, ngày 7 tháng 5 năm 20

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH SÁCH HÌNH ẢNH iii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU v

MỤC TIÊU ĐỒ ÁN 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2

CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 7

2.1 Đề xuất sơ đồ nguyên lý 7

2.2 Đề xuất cảm biến 7

2.3 Đề xuất cấu trúc điều khiển 8

2.4 Đề xuất giải thuật điều khiển 9

2.5 Phương án thiết kế 9

CHƯƠNG 3: MECHANICAL SYSTEMS 10

3.1 Lựa chọn bánh xe 10

3.2 Lựa chọn động cơ 10

3.3 Kích thước thân xe 12

3.4 Thiết kế đồ gá cho động cơ 13

CHƯƠNG 4: INFORMATION SYSTEMS 16

4.1 Mô hình động học của robot 16

4.2 Cách xác định vị trí của robot 17

4.3 Bộ điều khiển tracking, tìm khoảng cách d và mô phỏng bám sa bàn 19

CHƯƠNG 5: ELECTRICAL SYSTEMS 25

5.1 Hệ thống cảm biến 25

5.1.1 Xác định yêu cầu cảm biến 25

5.1.2 Thực nghiệm cảm biến 25

5.2 Hệ thống điều khiển động cơ 29

5.2.1 Lựa chọn driver 29

5.2.2 Mô hình hóa hệ driver-động cơ 29

5.2.3 Bộ điều khiển PID 33

5.3 Lựa chọn pin 36

CHƯƠNG 6: COMPUTER SYSTEMS 37

6.1 Lựa chọn vi điều khiển 37

6.1.1 Sơ đồ khối của bộ điều khiển 37

6.1.2 Xác định yêu cầu và lựa chọn vi điều khiển 37

6.1.3 Lựa chọn vi điều khiển 38

6.2 Tính toán thời gian truyền nhận dữ liệu 38

6.3 Giải thuật điều khiển 39

CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 40

PHỤ LỤC A: KIT THÍ NGHIỆM SENSOR 42

PHỤ LỤC B: TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 0.1 Sa bàn di chuyển của robot 1

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý RC racing cars 2

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hai cặp chủ động vi sai (a) Loại 2 bánh; (b) Loại 4 bánh 3

Hình 1.3 Giải thuật xử lí tín hiệu bằng phương pháp so sánh 4

Hình 1.4 Giải thuật xử lý tín hiệu cảm biến bằng phương pháp xấp xỉ[18] 5

Hình 2.1 Phương án sơ đồ nguyên lý 7

Hình 2.2 Phương án cấu trúc điều khiển 8

Hình 3.1 Mô hình toán của một bánh xe 10

Hình 3.2 Mô hình toán khi xe chuyển hướng 12

Hình 3.3 Sơ đồ sắp xếp linh kiện trên thân xe 14

Hình 4.1 Mô hình động học của mobile platform 16

Hình 4.2 Mô hình động học được sử dụng cho robot dò line 18

Hình 4.3 Cách xác định e3 18

Hình 4.4 Sai số trung bình ứng với mỗi giá trị khoảng cách d 19

Hình 4.5 Kết quả bám line ở đoạn A-B-C-D 21

Hình 4.6 Kết quả bám line ở đoạn D-E-F-C-G 22

Hình 4.7 Kết quả bám line ở đoạn G-A-C-E 23

Hình 4.8 Robot phát hiện và tự động thực hiện đổi hướng ở đoạn vuông góc 24

Hình 4.9 Robot phát hiện đoạn giao cắt 24

Hình 5.1 Sơ đồ khối của hệ thống điện 25

Hình 5.2 Sơ đồ mạch điện cảm biến TCRT5000 cho thí nghiệm 26

Hình 5.3 Phạm vi hoạt động của cảm biến dựa theo góc chiếu 27

Hình 5.4 Đồ thị kết quả thí nghiệm đo giá trị điện áp trả về từ cảm biến 27

Hình 5.5 Mô hình vùng giao thoa của cực phát và cực thu 28

Hình 5.6 Đường đặc tuyến giữa giá trị đọc về từ cảm biến và giá trị lý tưởng 29

Hình 5.7 Đồ thị giữa PWM(%) và vận tốc quay của động cơ 1 30

Hình 5.8 Đồ thị đáp ứng theo thời gian khối driver-động cơ 1 31

Hình 5.9 Đồ thị giữa PWM(%) và vận tốc quay của động cơ 2 32

Hình 5.10 Đồ thị đáp ứng theo thời gian khối driver-động cơ 1 33

Hình 5.11 Mô phỏng đáp ứng khối driver-động cơ 1 sau khi thêm bộ PID 34

Hình 5.12 Đồ thị đáp ứng theo thời gian khối driver-động cơ 1 sau khi thêm bộ PID 34

Hình 5.13 Mô phỏng đáp ứng khối driver-động cơ 2 sau khi thêm bộ PID 35

Hình 5.14 Đồ thị đáp ứng theo thời gian khối driver-động cơ 2 sau khi thêm bộ PID 35

Hình 6.1 Sơ đồ khối của bộ điều khiển 37

Hình 6.2 Chu kỳ truyền nhận dữ liệu của hệ thống 38

Hình 6.3 Lưu đồ giải thuật của hệ thống 39

Hình 7.1 Kết quả chạy mô phỏng 40

Hình 7.2 Kết quả chạy thực tế 41

Hình A.1 Mô hình bộ thí nghiệm dùng cho thí nghiệm 2 42

Hình A.2 Bộ mô hình dùng cho thí nghiệm 3 43

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Thông số đầu vào của xe 11

Bảng 3.2 Thông số yêu cầu của động cơ 12

Bảng 3.3 Các thiết bị trên thân xe 13

Bảng 4.1 Thông số đầu vào mô phỏng 19

Bảng 4.2 Thông số đầu vào mô phỏng 20

Bảng 5.1 Số liệu thử nghiệm TB6612 với động cơ 1 30

Bảng 5.2 Số liệu thử nghiệm TB6612 với động cơ 2 32

Bảng 5.3 Dòng điện tiêu thụ các linh kiện trong mạch 36

MỤC TIÊU ĐỒ ÁN

- Màu sắc đường line: đen

Hình 0.1 Sa bàn di chuyển của robot

- Khi bắt đầu, robot được đặt tại vị trí START (điểm A), sau đó robot chạy theo thứ

tự đi qua các điểm nút quy định lần lượt :

(START) A → B → C → D → E → F → C → G → A → C → E (END)

[18] và thiết kế bộ điều khiển[16][25][26][28] cũng như đề tài cho nhiều cuộc thi về kỹ thuật Đểthiết kế và vận hành một robot dò line, tất cả các yếu tố kỹ thuật cấu thành của robot đềucần được quan tâm: sơ đồ nguyên lý, loại cảm biến, động cơ, cấu trúc điều khiển và giảithuật điều khiển được sử dụng.

Rất nhiều sơ đồ nguyên lý có thể được ứng dụng cho việc chế tạo robot dò line Đểđạt được tốc độ và khả năng bám đường, sơ đồ nguyên lý của các loại xe đua điều khiển

từ xa (RC racing cars) có thể được sử dụng Có hai loại sơ đồ nguyên lý chung cho cácloại xe đua chuyên chạy trên mặt đường phẳng:

- Loại 1(Hình 1.1a) sử dụng trục truyền động cho trục trước và sau xe (Khung xe

của hãng Awesomatrix, TAMIYA TT01, Overdose Divall…)

- Loại 2(Hình 1.1b) sử dụng đai răng truyền động cho trục trước và sau xe (Khung

xe của hãng Sakura D3 CS, Serpent VETEQ 02, TA04 EPRO…)

Những sơ đồ nguyên lý này có đặc điểm hạn chế được hiện tượng trượt giữa cácbánh khi xe thực hiện đổi hướng, tuy nhiên thiết kế cơ khí phức tạp và bán kính cong nhỏnhất của xe sẽ bị giới hạn bởi kết cấu của xe

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý RC racing cars

(a) loại truyền động trục; (b) loại truyền động đai

Một sơ đồ nguyên lý hiện nay của rất nhiều xe đua dò line như HBFS-2 (RobotRobotChallenge 2015) và Sylvestre (COSMOBOT 2012, CRJET International RoboticsCompetition 2010), Johnny-5 (IGVC), Thunderbolt (Robot Challenge 2014)… sử dụng

hai bánh chủ động được điều khiển độc lập kết hợp với bánh đa hướng (Hình 1.2a) Sơ đồ

nguyên lý này có đặc điểm kết cấu, mô hình động học đơn giản, dễ hiệu chỉnh sai số hệ

nhiên xe lại rất dễ bị trượt theo phương pháp tuyến khi thực hiện việc bám theo các đoạnđường bán kính nhỏ ở tốc độ cao

Ngoài ra, một dạng khác của sơ đồ nguyên lý này cũng được các xe đua nhưCartisX04 (All Japan Micromouse 2015), Mouse (RobotChallenge 2014)… sử dụng

(Hình 1.2b) Ở sơ đồ này, mỗi bánh xe vi sai chủ động được thay bằng một cặp bánh, giúp

xe dễ cân bằng hơn, tuy nhiên kết cấu cơ khí phức tạp hơn và luôn xuất hiện hiện tượngtrượt bánh khi xe đổi hướng

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hai cặp chủ động vi sai

(a) Loại 2 bánh; (b) Loại 4 bánh

Về cảm biến, phần lớn các robot dò line hiện nay sử dụng các loại cảm biến quang

để nhận biết vị trí tương đối của đường line so với xe, từ đó xử lí để đưa ra tín hiệu điềukhiển Có hai phương pháp thường được sử dụng cho robot dò line là phương pháp sửdụng camera và các loại cảm biến quang dẫn:

Johny-5 trong cuộc thi IGVC), sau đó xử lí và đưa ra tín hiệu điều khiển Đặcđiểm của phương pháp này là có thể đạt được độ chính xác rất cao, tuy nhiênphương 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

- Phương pháp thứ hai được ứng dụng phổ biến cho hầu hết các loại trong các cuộcthi robot dò line hiện nay Một số loại cảm biến có thể được sử dụng như quang

động giống nhau, bộ thu sẽ thu tín hiệu ánh sáng phản xạ từ bộ phát xuống mặt

đất, từ đó xử lí để xác định vị trí của đường line Mặc dù vậy, photo-transistorđược ứng dụng nhiều hơn bởi nó cho thời gian đáp ứng nhanh hơn quang điện trở.Nhiều đội đua như Pika (ROBOXY 2015, ROBO ~ Motion 2015…), Silvestre,Bolt (Konkursie robotów SEP Gdańsk 2015), Thunderbolt… đều đã sử dụngphoto-transistor cho bộ phận dò line.

Đối với các loại cảm biến quang, tín hiệu tương tự từ cảm biến sẽ được hiệu chuẩn

dò line với tâm đường line

- Phương pháp thứ nhất dùng bộ so sánh để xác định trạng thái đóng/ngắt của các

(Hình 1.3.) Với phương pháp này, sai số dò line sẽ phụ thuộc vào số khả năng

phân biệt các trạng thái của hệ thống, hay khoảng cách giữa các sensor Phươngpháp này có đặc điểm phụ thuộc chủ yếu vào mức ngưỡng so sánh của các sensor,

do đó tốc độ xử lý rất nhanh

00011000

Line nằm giữa

Line nằm lệch bên phải

Line nằm lệch bên trái

00000110 01100000

Tín hiệu mức thấp tại vị trí không có line Tín hiệu mức cao tại vị trí có line

Hình 1.3 Giải thuật xử lí tín hiệu bằng phương pháp so sánh

- Phương pháp thứ hai xấp xỉ ra vị trí của xe so với tâm đường line từ các tín hiệu

bậc 2, tuyến tính và theo trọng số (Hình 1.4.) với sai số dò line lần lượt là 5.4mm,

pháp này là phụ thuộc chủ yếu vào thời gian đọc ADC tất cả các sensor của viđiều khiển, do đó thời gian xử lý sẽ lâu hơn phương pháp 1 Tuy nhiên độ phângiải cao hơn đáng kể so với phương án đầu

Hình 1.4 Giải thuật xử lý tín hiệu cảm biến bằng phương pháp xấp xỉ[18]

(a) Xấp xỉ bậc 2; (b) Xấp xỉ theo trọng số

Về loại động cơ, các xe đua dò line như Pika, HFBS-2, CartisX04, Thunderstorm,Impact… đều sử dụng động cơ DC có gắn encoder làm cơ cấu chấp hành Đặc điểm củađộng cơ DC đa dạng về kích thước, momen, chủng loại driver; dễ dàng lắp đặt và điềukhiển chính xác do có thể kết hợp thêm encoder và được ứng dụng thêm bộ điều khiểnPID để có thể điều chỉnh tốc độ hoặc vị trí chính xác theo yêu cầu

Về cấu trúc điều khiển, robot dò line có các module chính bao gồm module sensor,module điều khiển và module điều khiển động cơ Trong đó có hai phương pháp chính đểkết nối các module đó với nhau là phương pháp điều khiển tập trung và phân cấp:

- Trong phương pháp điều khiển tâp trung, một MCU nhận tín hiệu từ cảm biến, xử

lí dữ liệu rồi truyền tín hiệu điều khiển cho cơ cấu tác động Đây là cấu trúc được

sử dụng khá nhiều trong các xe đua dò line thực tế như xe CartisX04, Le’Mua(Robot Challenge 2015), Pika Cấu trúc điều khiển tập trung có đặc điểm phầncứng đơn giản, tuy nhiên MCU phải xử lý tất cả thông tin trước khi cập nhật thôngtin mới

- Trong phương pháp điều khiển phân cấp, nhiều hơn một MCU sẽ được sử dụngtrong hệ thống Bên cạnh MCU master đảm nhiệm việc tính toán tổng thể, một số

camera thường có một MCU slave chuyên xử lí hình ảnh, rồi chuyển dữ liệu về

cấp có đặc điểm phần cứng phức tạp hơn, phải quan tâm đến vấn đề giao tiếp giữacác MCU, tuy nhiên có khả năng xử lý nhiều tác vụ cùng lúc, giúp cho thời gianlấy mẫu của hệ thống nhanh hơn khi sử dụng cấu trúc tập trung

Giải thuật điều khiển được dùng phổ biến cho các xe đua dò line là bộ điều khiển

Pika, Major (Robocomp 2014), Thunderstorm… Ngoài ra, một bộ điều khiển phổ biến

đường thẳng và cong; đạt sai số tối đa 150mm khi gặp các đoạn line gấp khúc và tối đa

năng ghi nhớ đường đi nhằm thay đổi các thông số điều khiển ứng với từng cung đường,giúp tăng khả năng đáp ứng của xe sau mỗi lần chạy như xe Silvestre và CartisX04; một

giải thuật này, robot cần sử dụng thêm cảm biến gyro để nắm được trạng thái gia tốc của

xe trong suốt quá trình chuyển động

Với mục tiêu thiết kế và chế tạo robot bám được sa bàn với tốc độ cao, đầu bài chobài toán thiết kế cần được đặt ra cho vận tốc tối đa của robot trên sa bàn, khả năng đổihướng của robot và sai số tối đa của robot trong quá trình bám theo đường line

Về vận tốc tối đa, vận tốc cực đại trung bình của của các robot như Pika, HBFS-2,Sylvestre, Thunderbolt, Thunderstorm, Impact… tại các cuộc thi đều đạt từ 1.5-3m/s

Về khả năng đổi hướng, ngoài việc robot có thể bám được bán kính cong 500mm

(đoạn G →B, D→F Hình 0.1.) trên sa bàn, robot còn phải có khả năng bám theo đường

Hình 0.1.)

Về sai số tối đa của robot trong suốt quá trình, sai số trong quá trình xe di chuyểntrên đường thẳng hay cong sẽ phụ thuộc vào sai số xác định vị trí của xe do hệ thống

trí đổi hướng đột ngột, sai số phụ thuộc phần lớn vào giải thuật điều khiển (tối đa 250mm[28])

Tóm lại, các thông số đầu vào cho bài toán thiết kế:

CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

Chương này bao gồm việc đề xuất và lựa chọn phương án cho nguyên lý hoạt động của

xe, loại cảm biến, cấu trúc điều khiển và thuật toán điều khiển

2.1 Đề xuất sơ đồ nguyên lý:

Do robot chỉ cần bám theo đường cong bán kính lớn (R = 500mm) ,có khả năng thựchiện được việc đổi hướng tại các vị trí line bị gãy khúc và tính đơn giản trong kết cấu, môhình động học, sơ đồ nguyên lý hai bánh chủ động vi sai kết hợp bánh đa hướng bị động

(Hình 2.1) được lựa chọn.

2.2 Đề xuất cảm biến:

Hình 2.1 Phương án sơ đồ nguyên lý

Từ yêu cầu đề bài về sai số bám line tối đa của robot (±5mm) và khả năng giúp xe

có thể bám line ở các đoạn đường gấp khúc đột ngột, các phương án sau về loại cảm biến

và giải thuật xử lý sẽ được cân nhắc

Về loại cảm biến:

Để thỏa mãn yêu cầu về việc đáp ứng được với các đường gãy khúc đột ngột của sabàn, phương án cảm biến phải có độ nhạy thích hợp Dựa trên đặc tính độ nhạy cao củaphototransistor so với các loại cảm biến quang khác hai phương án sử dụng loại sensornày được đề xuất:

- Phototransistor kết hợp với LED thường

- Phototransistor kết hợp với LED hồng ngoại

Nguyên tắc hoạt động của phototransistor dựa vào tín hiệu ánh sáng phản xạ từnguồn phát để tạo ra tín hiệu dạng điện áp Đối với đường đua mà màu line với màu củanền có độ tương phản cao (ví dụ như line đen nền trắng như sa bàn mục tiêu), LED hồngngoại cho độ nhạy cao hơn nhưng cần phải che chắn để chống nhiễu Đối với đường đua

mà màu line với màu của nền có độ tương phản thấp, sử dụng LED thường sẽ hiệu quảhơn

Master

Motor Encoder

Motor Encoder

Left Motor Controller RightMotor Controller

Về giải thuật xử lí tín hiệu:

Với sai số yêu cầu ±16mm như đầu bài, các phương pháp có độ phân cao nên đượclựa chọn Có hai giải thuật xử lý được đề xuất:

- So sánh

- Xấp xỉ

Với phương pháp so sánh, vị trí của robot so với đường line chỉ có thể thuộc vàomột số trường hợp đã được quy định sẵn Số trường hợp này phụ thuộc số lượng cảmbiến, sai số ảnh hưởng bởi khoảng cách tối thiểu giữa các cảm biến Khoảng cách giữacác cảm biến này phụ thuộc nhiều vào góc chiếu của LED, góc thu của sensor và độ cao

2.3 Đề xuất cấu trúc điều khiển:

Để xe có thể đáp ứng kịp thời những đoạn đường đổi hướng đột ngột trên sa bàn, xecần có khả năng thực hiện tác vụ xác định vị trí xe, tính toán vận tốc bánh cần đạt và đápứng vận tốc trước khi xe vượt ra khỏi đoạn gãy khúc Có một phương án được đề xuất: bộđiều khiển phân cấp với một MCU slave đọc giá trị hệ thống sensor và hai MCU slaveđiều khiển động cơ

Hình 2.2 Phương án cấu trúc điều khiển

Phương án này tận dụng được đặc điểm định vị trí và tính toán vận tốc mới đồng thời nhờ

sử dụng các MCU độc lập giúp hệ thống có khả năng đáp ứng nhanh Về việc điều khiển

động cơ, để tránh xung đột ngắt sinh ra từ tín hiệu các encoder, hai MCU nên được sửdụng để điều khiển độc lập tốc độ hai động cơ Ngoài việc có khả năng thực hiện nhiềutác vụ cùng lúc, phương án này còn có đặc điểm giúp giảm nhẹ việc tính toán, xử lý củatừng MCU Tuy nhiên, khó khăn gặp phải là việc xác định thời gian lấy mẫu và truyền

nhận dữ liệu của từng MCU Sơ đồ cấu trúc điều khiển được thể hiện trên Hình 2.2.

2.4 Đề xuất giải thuật điều khiển:

Dựa vào yêu cầu robot phải bám được trên các đoạn đường thẳng, cong và sai số vịtrí line bị gấp khúc (250mm), hai phương án cho bộ điều khiển được đề xuất:

- Bộ điều khiển PD kết hợp ghi nhớ đường đi

- Bộ điều khiển tracking

Phương án 1 có đặc điểm giúp robot có khả năng cải thiện được khả năng bámđường line sau mỗi lần chạy Tuy nhiên giải thuật tự học phức tạp và cần phải kết hợpthêm cảm biến gyro để bộ điều khiển có thể nhớ được trạng thái gia tốc của robot trongsuốt đường đua

Phương án 2 là một bộ điều khiển thông dụng trong các nghiên cứu về khả năngbám theo quỹ đạo cho trước của mobile robot Lý thuyết và thực nghiệm đã chứng minh

tăng khả năng bám line của robot cho các đoạn đường khác nhau

2.5 Phương án thiết kế:

Vậy, phương án thiết kế robot được lựa chọn:

- Sơ đồ nguyên lý: robot 2 bánh chủ động vi sai có bánh đa hướng bị động (Hình

2.1.)

- Cảm biến: bộ LED hông ngoại-Phototransistor và sử dụng giải thuật xấp xỉ để tìm

ra vị trí của robot so với đường line

- Động cơ: động cơ DC có gắn encoder

- Cấu trúc điều khiển: bộ điều khiển phân cấp (Hình 2.2.)

R τ P N

CHƯƠNG 3: MECHANICAL SYSTEMS

Chương này bao gồm lựa chọn bánh xe, tính toán lựa chọn động cơ, kích thước thân xe vàthiết kế đồ gá cho động cơ

Bánh bị động:

Hai loại bánh bị động thường được sử dụng cho mobile robot là bánh mắt trâu và

bánh gây ra hiện tượng shopping-cart làm ảnh hưởng đến phương trình động học của

trâu được lựa chọn làm bánh bị động

Hình 3.1 Mô hình toán của một bánh xe

Moment quán tính của bánh xe có thể tính gần đúng :

Phương trình định luật 2 Newton theo phương ngang :

(2𝑚 +𝑀)𝑎𝑅

𝛾 +

2Công suất mỗi động cơ cần cung cấp

𝑃 = 𝜏𝜔Với,

Dựa vào các công thức và thông số đầu vào của xe, các thông số cần thiết của động

cơ có thể được tính toán

Bảng 3.1 Thông số đầu vào của xe

Với thông số động cơ đã được tính như trên, động cơ DC ESCAP

3.3 Kích thước thân xe:

Chiều cao trọng tâm xe:

Tại các đoạn đường chuyển hướng, xe có khả năng bị lật nếu việc bố trí thiết bị trênthân xe làm cho trọng tâm xe cao hơn một giới hạn nhất định Giới hạn này có thể được

tính toán dựa trên mô hình toán sau trên Hình 3.2.

Để tránh lật, moment sinh ra do trọng lực quanh tâm quay C phải lớn hơn moment của lực li tâm:

𝑏

ℎ − 𝑚𝑔 ≤ 0

2𝑔𝑏𝑅Với:

⟺ ℎ

Bề rộng xe 𝑏 = 0,15𝑚

Bán kính cong của đường đua 𝑅 = 0,5𝑚

Vận tốc dài tối đa 𝑣 = 1,3𝑚/𝑠

Ta có,

ℎ ≤ 21,8𝑐𝑚

Kích thước bao:

Kích thước bao của xe phụ thuộc vào kích thước và việc sắp xếp các linh kiện điện, điện tử, khoảng cách được mô phỏng giữa sensor và các bánh chủ động Ngoài ra tỉ lệkích thước dài-rộng của xe nên được chọn theo tỉ số √5 nhằm giảm thiểu tối đa ảnh

3.4 Thiết kế đồ gá cho động cơ:

phải đảm bảo yêu cầu về chiều cao trọng tâm xe Để đảm bảo độ cứng vững và dung sai

Sai lệch cơ bản: 0𝜇𝑚

150

−22𝜇𝑚

Để đảm bảo độ đồng tâm trục của hai hai động cơ và ghép chặt trên thân xe, nhóm

và đồ gá là mối ghép cần độ định tâm, mối ghép cố định, cùng với khối lượng chi tiết lắp

kích thước danh nghĩa của thân Stepped Screws thuộc khoảng trên 3mm đến 6mm, ta có:

7

Hình 3.3 Sơ đồ sắp xếp linh kiện trên thân xe

Sai lệch cơ bản: ±5𝜇𝑚[36]

−29𝜇𝑚Miền dung sai kích thước trục: ∅6ℎ7

Sai lệch cơ bản: 0𝜇𝑚

−12𝜇𝑚Mối ghép giữa trục động cơ và nối trục là mối ghép cần độ chính xác đồng tâm và

y y

x x x

M

e3R

e2 e1C

CHƯƠNG 4: INFORMATION SYSTEMS

Chương này bao gồm việc giới thiệu mô hình động học của robot, cách xác định vị trírobot so với line, bộ điều khiển tracking sử dụng cho robot và mô phỏng bám sa bàn chorobot

4.1 Mô hình động học của robot:

Mô hình động học của mobile platform đã được giới thiệu nhiều trong các nghiêncứu[7][26][27][28] Mô hình này bao gồm các điểm quan trọng: Điểm R: điểm tham chiếu chorobot; Điểm M: trung điểm của hai bánh chủ động; Điểm C: Điểm tracking của robot Mô

hình này được thể hiện trên Hình 4.1.

R

C M

R M C

Hình 4.1 Mô hình động học của mobile platform

Phương trình động học tại điểm M

Phương trình động học tại điểm C

e C e

là tâm của dãy sensor, M là trung điểm hai bánh chủ động và là điểm tracking của xe Khi

định

được xác định theo công thức

)

y y

M

R e2

Cd

2



16 14 12 10 8 6 4 2 0

20 30 40 46 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

Distance (mm)

4.3 Bộ điều khiển tracking, tìm khoảng cách d và mô phỏng bám sa bàn

Để mô phỏng quá trình bám sa bàn của robot, ta sử dụng bảng thông số đầu vào:

Bảng 4.1 Thông số đầu vào mô phỏng

Dựa vào các thông số trên mô phỏng với các khoảng cách d thay đổi, ứng với mỗigiá trị của d chọn 1 bộ số k thích hợp sao cho sai số trung bình là nhỏ nhất và tốc độ góccủa động cơ không quá giá trị định mức là 500 rpm Kết quả mô phỏng được thể hiện ở

Hình 4.4

Hình 4.4 Sai số trung bình ứng với mỗi giá trị khoảng cách d

Kết quả mô phỏng cho thấy với d < 20 mm xe không thể hoàn tất được đoạn line và với