Tóm tắt: Mục đích của bài báo là đưa ra thiết kế cơ khí và giải thuật điều khiển cho robot hút bụi di động.. Quỹ đạo chạy của robot là đường zích-zắc có khả năng tránh vật cản để quét to
Trang 1THIẾT KẾ, ĐIỀU KHIỂN ROBOT HÚT BỤI DI ĐỘNG
- Tác giả…
Tóm tắt: Mục đích của bài báo là đưa ra thiết kế cơ khí và giải thuật điều khiển cho robot hút bụi di động Phần cơ khí thiết kế dựa vào mẫu có sẵn của robot hút bụi …… Phần điều khiến
sử dụng cảm biến quang để phát hiện vật cản, sử dụng camera để dò đường đi cho robot Quỹ đạo chạy của robot là đường zích-zắc có khả năng tránh vật cản để quét toàn bộ diện tích mặt sàn Mô hình có hai bậc tự do sử dụng hai bánh xe Bộ điều khiển sử dụng
Từ khóa: Robotic vacuum cleaner, tracking.
I Giới thiệu:
Robot hút bụi kết hợp giữa hệ thống hút
và bộ điều khiển có khả năng tự hoạt động
trong nhà để dọn vệ sinh Các sản phẩm này
đã được nghiên cứu, phát triển từ những
năm 1995 Theo đó, robot hút bụi được cải
tiến từ phiên bản thô sơ đến phức tạp mang
tính thông minh, tiện dụng cao trên thế giới
Khởi đầu là robot hút bụi Electrolux Trilobie
ra đời năm 2000 có khả năng tránh vật cản
và người Tiếp theo đó, sản phẩm robot hút
bụi của các hãng iRobot Roomba, Samsung,
Sony, LG… lần lượt được ra đời với khả
năng công nghệ cao như tự hành, tự tìm chỗ
sạc, tránh vật cản, chống rơi, lập sơ đồ đường
đi Nghiên cứu về robot hút bụi trên thế giới
phát triển nhưng ở Việt Nam các nghiên cứu
về lĩnh vực này lại rất hạn chế
Hai vấn đề chính trong robot hút bụi là
thiết kế cơ khí và giải thuật điều khiển, chạy
robot trên sàn Đối với phần cơ khí robot
phải đảm bảo được khả năng di chuyển linh
hoạt và bố trí hệ thống hút bụi của thân
robot Đối với phần giải thuật điều khiển
phải đảm bảo robot di chuyển và hút bụi trên
toàn bộ mặt sàn, tránh vật cản, chống rơi
Trong nội dung bài báo này trình bày
thiết kế cơ khí dựa trên mẫu có sẵn của robot
hút bụi … và giải thuật cho robot hút bụi di
động với quỹ đạo chạy đơn giản hình
zích-zắc và có khả năng trành vật cản
II Thiết kế cơ khí:
1 Sơ đồ động:
1 2 3 4
5
6
10 9 8
7
Hình 1: Sơ đồ robot hút bụi
1 Thân robot 6 Nguồn
2 Cụm chổi quét 7 Cảm biến chống
rơi
3 Cụm ống hút bụi
8 Bánh xe dẫn hướng
4 Cụm quạt hút 9 Cảm biến tránh
vật cản
5 Cụm bánh xe
di chuyển 10 Càng va chạm trước
2 Các cụm robot:
Cụm bánh xe di chuyển:
Trang 2Hình 2: Sơ đồ động cụm bánh xe di
chuyển
Hình 3: Cụm bánh xe di chuyển
- Cụm quạt hút:
Hình 4: Thiết kế 3D cụm quạt hút
- Cụm chổi quét:
Hình 5: Sơ đồ động cụm chổi quét
Hình 6: Thiết kế 3D cụm chổi quét
III Thiết kế giải thuật chạy:
1 Bài toán quỹ đạo chạy của robot hút bụi:
Có nhiều quỹ đạo chạy cho robot hút bụi
di động như zích-zắc, xoáy ốc,… để hút bụi trên toàn bộ mặt sàn Trong đó, quỹ đạo hình zích-zắc phù với mặt sàn trống, ít vật cản Trong bài này chỉ giải quyết cho quỹ đạo zích-zắc của robot
d
Hình 7: Quỹ đạo hình zích-zắc
Trang 3Khoảng cách giữa hai đường chạy liên
tiếp d được xác định bằng vùng hút bụi của
robot
2 Mô hình hóa robot:
Robot hút bụi sử mô hình robot di động
hai bánh xe Giả thuyết hai bánh xe lăn
không trượt Động học thuận của robot hút
bụi và gốc tọa độ với quỹ đạo di tham chiếu
như hình 8
[´x
´
y
´
∅]=[cos∅ 0 sin ∅ 0
0 1] [v
ω]
Trong đó C (x , y ) là tâm của robot trong
hệ tọa độ Đề-các, ∅ là góc xoay của robot,
v , ω lần lượt là vận tốc thẳng và vận tốc góc
của tâm robot hút bụi
C(x,y,Ø )
x
y
Ø
Y
2r ường tham chiếu đường tham chiếu
Hình 8: Mô hình hóa robot hút bụi
Quan hệ giữa v , ω và vận tốc góc của
hai bánh xe như sau:
ω lw]=[1/r 1/r −b/r b /r ][ω v]
Trong đó ω rw , ω lw là vận tốc góc của
bánh xe phải và bánh xe trái, b là khoảng
cách giữa hai bánh xe, r là bán kính bánh xe.
Tâm điểm của vùng cần hút bụi
D(x D , y D) trùng với tâm C của robot bút
bụi Điểm D di chuyển với vận tốc hằng là
v r trên đường tham chiếu
3 Giải thuật điều khiển:
Robot hút bụi có vị trí ban đầu ở góc gần nhất bên phải của nền
Bắt đầu Cảm biến vật cản
Chạy bám quỹ đạo thẳng
N Y
Quay trái 90 0
State = 2
Chạy thẳng 90mm Quay trái 90 0
Quay phải 90 0
State = 1
Chạy thẳng 90mm Quay phải 90 0
State == 1? N Y State = 1
Cảm biến vật cản Cảm biến vật cản
N N
Kết thúc
Hình 9: Giải thuật điều khiển robot hút bụi
4 Phát hiện vật cản và đo sai số:
Phát hiện vật cản: sử dụng cảm biến quang Cảm biến quang gắn phía trước, trên đầu robot gồm một led phát và một led thu, khi gặp vật cản led thu nhận được tín hiệu từ led phát
Điều khiển vòng kín robot chạy theo đường zích-zắc theo đường tham chiếu trên nền Đường tham chiếu này dựa trên viền của những viên gạch lót nền Sử dụng camera để dò đường viền này Kết hợp vị trí gắn camera chính giữa trên đầu của robot hút bụi và hình ảnh chụp được từ camera qua xử lý ảnh tính ra được sai số của quỹ
Trang 4đạo di chuyển thực của robot với quỹ đạo tham chiếu
IV Kết quả mô phỏng:
V Kết luận: