Đồ án thiết kế cơ điện tử thiết kế mẫu xe dò line

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý của Usain Volt 2.0 RobotHệ thống điều khiển Arduino Uno Driver Motor DRV8833 Dual Motor Driver Carrier - Phân tích kết cấu Xe sử dụng 2 động cơ điều khiển riêng

Đồ án thiết kế cơ điện tử

Cuối cùng, nhóm xin gửi lời cám ơn đến bạn bè trong lớp CK16CD01, CK16CD02 đãgiúp đỡ và cho nhóm những lời khuyên bổ ích rất nhiều

Nhóm SVTH:

Nguyễn Xuân NghĩaPhan Khánh Duy Nguyễn HuyPhạm Trọng Hiếu

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 GIỜI THIỆU 1

1.2 MỤC TIÊU 1

1.3 CÁC MẪU XE DÒ LINE HIỆN NAY 2

1.3.1 The Chariot Robot 2

1.3.2 The Pinto Robot 3

1.3.3 The Silvestre Robot 4

1.3.4 Usain Volt 2.0 Robot 5

1.3.5 Suckbot Robot 6

1.3.6 Newbie Robot 7

1.3.7 Sunfounder Robot 8

1.3.8 CartisX04 Robot 9

1.4 ĐẶT BÀI TOÁN 11

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 12

2.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ VÀ KẾT CẤU 12

2.2 CẢM BIẾN 13

2.2.1 Phương pháp dùng camera 13

2.2.2 Phương pháp dùng hồng ngoại 14

2.2.3 Phương pháp dùng cảm biến quang (photoresistor) 14

2.2.4 Phương pháp dùng cảm biến phototransitor 15

2.2.5 Giải thuật xử lý tín hiệu cảm biến quang để xác định vị trí line 16

2.2.6 Về cách bố trí cảm biến quang 18

2.3 ĐỘNG CƠ 18

2.3.1 Động cơ Step 18

2.3.2 Động cơ DC gắn encoder 18

2.4 LỰA CHỌN DRIVER 19

2.4.1 Driver TB6612 19

2.4.2 Driver L298N 20

2.5 ĐIỀU KHIỂN 20

2.5.1 Vi điều khiển 20

2.5.2 PLC 21

2.6 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 23

CHƯƠNG 3: CƠ KHÍ 24

3.1 LỰA CHỌN BÁNH XE 24

3.1.1 Lựa chọn cơ cấu robot 24

3.1.2 Lựa chọn bánh chủ động 24

3.1.3 Lựa chọn bánh bị động 25

3.2 TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ 25

3.3 TÍNH TOÁN KHOẢNG CÁCH GIỮA 2 BÁNH CHỦ ĐỘNG 28

3.4 TÍNH TOÁN DUNG SAI VÀ ĐỘ ĐỒNG TRỤC HAI ĐỘNG CƠ 30

3.4.1 Động cơ đặt trục và khung động cơ 30

3.4.2 Giữa khung và khung động cơ 30

3.4.3 Đồng trục 2 động cơ 31

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN 36

4.1 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN TOÀN XE 36

4.2 DRIVER L298N 36

4.3 MẠCH HẠ ÁP 37

4.4 NGUỒN 37

4.5 CẢM BIẾN 38

4.5.1 Lựa chọn cảm biến 38

4.5.2 Hướng đặt cảm biến 39

4.5.3 Thí nghiệm độ cao cảm biến 40

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 44

5.1 MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC 44

5.1.1 Phương trình động học của điểm A 44

5.1.2 Phương trình động học tại điểm C 45

5.1.3 Cách xác định vị trí xe 45

5.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ 47

5.3 SỐ LƯỢNG CẢM BIẾN 47

5.4 ĐIỀU KHIỂN VẬN TỐC 48

5.4.1 Hàm truyền động cơ 48

5.4.2 Bộ điều khiển vận tốc PID 52

5.5 SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT 53

CHƯƠNG 6: SO SÁNH MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 54

6.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 54

6.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 55 6.3 SO SÁNH 55 KẾT LUẬN 60

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sa bàn di chuyển của robot Error! Bookmark not defined Hình 1.2 The Chariot Robot [1] Error! Bookmark not defined Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý của The Chariot Robot Error! Bookmark not defined Hình 1.4 The Pinto Robot [2] Error! Bookmark not defined Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý của The Chariot Robot Error! Bookmark not defined Hình 1.6 The Silvestre Robot [3] Error! Bookmark not defined Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý của The Silvestre Robot Error! Bookmark not defined Hình 1.8 Usain Volt 2.0 Robot [4] Error! Bookmark not defined Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý của Usain Volt 2.0 Robot Error! Bookmark not defined.

Hình 1.10 Suckbot Robot [5] Error! Bookmark not defined Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý của Suckbot Robot Error! Bookmark not defined Hình 1.12 Newbie Robot [6] Error! Bookmark not defined Hình 1.13 Sơ đồ nguyên lý của New Robot Error! Bookmark not defined Hình 1.14 Sunfounder Robot [7] Error! Bookmark not defined Hình 1.15 Sơ đồ nguyên lý của Sunfounder Robot Error! Bookmark not defined Hình 1.16 CartisX04 Robot [8] Error! Bookmark not defined Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý của CartisX04 Robot Error! Bookmark not defined Hình 2.1 Thiết kế cơ khí của xe Error! Bookmark not defined.

defined Hình 2.3 Các loại cảm biến thông dụng Error! Bookmark not defined Hình 2.4 Nguyên lý làm việc của cảm biến quang [15] Error! Bookmark not defined.

Hình 2.5 Phototransistor [16] Error! Bookmark not defined.

Hình 2.6 Giải thuật so sánh [17] Error! Bookmark not defined.

Hình 2.7 Giải thuật xấp xỉ [18] Error! Bookmark not defined Hình 2.8 Các cách sắp xếp cảm biến [19] Error! Bookmark not defined Hình 2.9 Driver TB6612 [20] Error! Bookmark not defined.

Hình 2.10 Driver L298N [21] Error! Bookmark not defined Hình 2.11 Các bộ vi điểu khiển thông dụng hiện nay [22] Error! Bookmark not defined.

Hình 2.12 Bộ điều khiển PLC Siemens [23] Error! Bookmark not defined Hình 2.13 Phương án cấu trúc điều khiển Error! Bookmark not

defined.

Hình 3.2 Bánh xe 80mm Error! Bookmark not defined.

Hình 3.3 Bánh đa hướng (40mm) Error! Bookmark not defined Hình 3.4 Lực tác động lên bánh xe Error! Bookmark not defined Hình 3.5 Động cơ DC servo GA25 V1 Error! Bookmark not defined Hình 3.6 Mô hình toán khi xe chuyển hướng Error! Bookmark not

defined.

Hình 3.7 Dung sai giữa mặt định vị động cơ và gá động cơ Error! Bookmark not defined.

Hình 3.8 Dung sai lắp ghép giữa shoulder bolt, sàn xe và gá động cơ Error! Bookmark not defined.

Hình 3.9 Sai lệch tâm trục 2 động cơ Error! Bookmark not defined Hình 3.10 Các khâu hình thanh chuỗi kích thước I Error! Bookmark not defined Hình 3.11 Các khâu hình thành chuỗi kích thước IIError! Bookmark not defined Hình 3.12 Hình vẽ 3D của robot Error! Bookmark not defined.

Hình 3.13 Hình vẽ 3D của robot Error! Bookmark not defined Hình 4.1 Sơ đồ mạch điện tổng quát Error! Bookmark not

defined.

Hình 4.3 Mạch hạ áp LM2596 Error! Bookmark not defined.

Hình 4.4 Hình pin Panasonic 3.7 V Error! Bookmark not defined.

Hình 4.5 Cảm biến TCRT 5000 Error! Bookmark not defined.

Hình 4.6 Sơ đồ mạch của cảm biến Error! Bookmark not defined Hình 4.7 Ảnh hưởng của hướng đặt cảm biến với độ chính xác Error! Bookmark not defined.

Hình 4.8 Sơ đồ mạch của cảm biến Error! Bookmark not defined.

Hình 4.9 Hình ảnh thí nghiệm thực tế Error! Bookmark not defined Hình 4.10 Đồ thị điện thế - độ cao khi cảm biến ở vùng trắng Error! Bookmark not defined.

Hình 4.11 Đồ thị điện thế - độ cao khi cảm biến ở vùng đen Error! Bookmark not defined.

Hình 4.12 Đồ thị chênh lệch điện áp giữ vùng đen và vùng trắng theo độ cao

Error! Bookmark not defined Hình 4.13 Khoảng các đặt cảm biến Error! Bookmark not defined Hình 5.1 Mô hình động học của robot Error! Bookmark not defined Hình 5.2 Sơ đồ khối cho xe Error! Bookmark not defined.

defined Hình 5.4 Đồ thị PWM và số vòng quay của Motor 1 Error! Bookmark not defined.

Hình 5.5 Đồ thị Step Response của Motor 1 Error! Bookmark not defined Hình 5.6 Đồ thị PWM và số vòng quay của motor 2 Error! Bookmark not defined.

Hình 5.7 Đồ thị Step Reponse của Motor 2 Error! Bookmark not defined Hình 5.8 Vị trí giả định của xe Error! Bookmark not defined Hình 5.9 Sơ đồ giải thuật cho hệ thống Error! Bookmark not defined Hình 6.1 So sánh giữa mô phỏng và đường line Error! Bookmark not defined Hình 6.2 Sai số giữa đường đen và xe theo thời gian Error! Bookmark not defined.

Hình 6.3 Sai lệch thực tế giữa đường đen và xe Error! Bookmark not defined Hình 6.4 Sai so lệch giữa đường đen và xe theo thời gian Error! Bookmark not defined.

Hình 6.5 So sánh giữa mô phỏng và thực tế Error! Bookmark not defined.

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật động cơ Servo GA25 V1 27

Bảng 4.1 Bảng giá trị đo thực tế của 1 cảm biến 40Bảng 5.1 Thông số analog và số vòng quay động cơ 48

Đồ án thiết kế cơ điện tử

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỜI THIỆU

Robot dò line là loại robot có thể di chuyển từ nơi này đến nơi khác, bằng cáchrobot sẽ nhận biết vị trí tương đối của mình và bám theo đường line đã có Từ đó giúpcho Robot dò line có nhiều ứng dụng trong các môi trường khác nhau như là trong cácquá trình chế tạo công nghiệp, mang vật đến các địa điểm cụ thể, kho hàng tự động…Ngoài ra, xe dò line cũng là một đề tài nghiên cứu về kỹ thuật nhận diện, điều khiểncũng như là đề tài cho nhiều cuộc thi kỹ thuật trên thế giới như là Robot Challenge,Cosmobot 2012

Trong phạm vi của đề tài, nhóm hướng đến thiết kế xe đua bám đường hoàn thànhquỹ đạo đường đi định sẵn đảm bảo các yêu cầu đặt ra ra trong đồ án môn học

1.2 MỤC TIÊU

Thiết kế và chế tạo xe dò line di chuyển tốc độ cao trên sa bàn có các đặc điểm:

- Màu sắc đường line: đen

Yêu cầu kĩ thuật:

- Tốc độ di chuyển của robot: tối thiểu 0.2m/s

- Mỗi robot mang trên người một vật nặng hình hộp chữ nhật có trọng lượng2𝑘𝑔 với kích thước tối đa của tải trọng (dài x rộng x cao):200𝑚𝑚 𝑥 100𝑚𝑚 𝑥 300𝑚𝑚

- Số lượng bánh xe của robot (bao gồm bánh xe dẫn động và bánh xe bị động)được chọn tùy thuộc vào thiết kế của các nhóm

- Trên robot được trang bị hệ thống cảm biến để giúp robot nhận biết đường linetrên bề mặt sàn/mặt đất và di chuyển bám theo đường line đó Nhóm sinh viên

1.3 CÁC MẪU XE DÒ LINE HIỆN NAY

1.3.1 The Chariot Robot

Hình 1.2 The Chariot Robot [1]

Bảng 1.1 Thông số The Chariot Robot

- Phân tích kết cấu

Xe sử dụng cơ cấu 3 bánh, với 2 bánh sau có gắn động cơ, bánh trước là 1 bánhbi

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý của The Chariot Robot

1.3.2 The Pinto Robot

Hình 1.4 The Pinto Robot [2]

Bảng 1.2 Thông số The Pinto Robot

Hệ thống điều khiển A – Star 32U4 Prime

Driver motor VNH5019 Motor Driver Shield

- Phân tích kết cấu

Xe sử dụng cơ cấu 3 bánh, vi 2 bánhsau có gắn động cơ, bánh trước là 1 bánh bi

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý của The Chariot Robot

1.3.3 The Silvestre Robot

Hình 1.6 The Silvestre Robot [3]

Bảng 1.3 Thông số The Silvestre Robot

Hệ thống điều khiển Renasas RX62T

- Phân tích kết cấu

Xe sử dụng cơ cấu 4 bánh, với 2 bánh sau có gắn động cơ, bánh trước là 2 bánhbi

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý của The Silvestre Robot

1.3.4 Usain Volt 2.0 Robot

Hình 1.8 Usain Volt 2.0 Robot [4]

Bảng 1.4 Thông số Usain Volt 2.0 Robot

Hệ thống điều khiển Vi điều khiển A- Star 32U4 PrimeSV

Driver Motor DRV8838 Single Brush DC Motor Driver

Carrier

- Phân tích kết cấu

Usain volt 2.0 sử dụng 2 động cơ điều khiển riêng cho 2 bánh ở phía sau và hai bánh tự do (hình cầu) ở phía trước

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý của Usain Volt 2.0 Robot

Hệ thống điều khiển Arduino Uno

Driver Motor DRV8833 Dual Motor Driver Carrier

- Phân tích kết cấu

Xe sử dụng 2 động cơ điều khiển riêng cho 2 bánh ở phía sau và hai bánh tự do (hình cầu) ở phía trước

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý của Suckbot Robot

Hình 1.13 Sơ đồ nguyên lý của New Robot

Hệ thống điều khiển Parallax Propeller , sử dụng thuật toán

PID

- Phân tích kết cấu

Xe sử dụng 4 động cơ điều khiển riêng cho cả 4 bánh như hình

Hình 1.15 Sơ đồ nguyên lý của Sunfounder Robot

Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý của CartisX04 Robot

Bảng 1.9 So sánh các kết cấu xe dò line

A

2 bánh chủ động, 1 bánh bịđộng

B

2 bánh chủ động, 2 bánh bịđộng

C

4 bánh chủđộng

D

4 bánh sửdụng skiddriveKhả năng

Phức tạpnhất

Độ ổn định

khi vào cua

1.4 ĐẶT BÀI TOÁN

Từ những thông tin tổng quan và yêu cầu đề bài, nhóm đã tiến hành thiết kế xe dò line với những thông số ban đầu sau:

- Chon xe có 2 bánh chủ động + 1 bánh đa hướng bị động

- Khối lượng xe chưa tải: 2kg

- Vận tốc tối thiểu đạt được: 0.2 m/s

- Bán kính cong tối thiểu: 500 mm (theo sa bàn)

- Sai số dò line trên đoạn thẳng và cong: ±15𝑚𝑚

- Thời gian tăng tốc mong muốn: 1s

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ VÀ KẾT CẤU

Yêu

cầu đặt ra : Yêu cầu đặt ra: Mục tiêu thứ yếu của xe là tốc độ nên cần xe có

kích thước nhỏ, gọn, đơn giản, chi phí chế tạo phù hợp.Xe mang theo tải 2kg Xe chỉcần bám theo đường con lớn nhất của Sa bàn (R = 500 mm) Xe di chuyển với đườngline liên tục không bị đứt đoạn, có khoảng giao nhau tại vị trí A, C, E và rẽ được 90 độtại A

Phương án lựa chọn: Lựa chọn phương án xe dò line 3 bánh theo cấu trúc xe

“Chariot”, với thiết kế đơn giản, gọn, nhẹ, hai bánh chủ động nằm sau và bánh bị độngnằm trước dễ dàng đạt được tốc độ mong muốn

 Xe 4 bánh chủ động:

Trên đường thẳng: vận tốc dài của xe sẽ bằng vận tốc dài của mỗi bánh vo = v.Trên đường cong:

v: vận tốc dài của bánh ngoài (m/s)

R: bán kính của đường cong (R = 500 mm)

Độ ổn định khi chuyển hướng: Vì cả bốn bánh xe đều truyền lực như nhau, thay

vì chỉ có ha bánh truyền lực nên tải trọng trên mỗi lốp xe sẽ giảm đi => Có thể sửdụng lực quay vòng của các lốp có hiệu quả => Sự quay vòng rất ổn định

Khả năng chuyển hướng: Xe có thể chuyển hướng quanh trung điểm trục chủđộng với vận tốc góc w=v/r , có thể chuyển hướng 90o, Khả năng chuyển hướngcủa xe là rất tốt.

 Xe 3 bánh (2 chủ động sau, 1 bị động trước)

Vận tốc trên đường thẳng: Cơ cấu không ảnh hưởng đến vận tốc thẳng Vận tốccủa xe bằng với vận tốc tâm mỗi bánh xe chủ động

Vận tốc trên đường cong: Tương tự trường hợp 4 bánh chủ động

Khả năng chuyển hướng:

Xe có thể chuyển hướng quanh trung điểm trục chủ động với vận tốc góc w=v/r,

có thể chuyển hướng 90o , Khả năng chuyển hướng của xe là rất tốt

 Kết luận: Chọn phương án 3 bánh (2 bánh chủ động sau, 1 bánh bị động trước)

Hình 2.1 Thiết kế cơ khí của xe

Hình 2.2 CMUcam5 [9]

2.2.2 Phương pháp dùng hồng ngoại

 Nguyên lý:

Led hồng ngoại sẽ giảm nội trở khi có bức xạ hồng ngoại chiếu vào Bức xạhồng ngoại từ led phát gặp màu đen của đường line sẽ phản chiếu lại được led thutạo ra tín hiệu điện áp, kết hợp nhiều cặp led hồng ngoại thu phát và xử lý tín hiệuđiện áp đọc về ta biết được vị trí tương đối của xe so với đường line

Một số loại cảm biến thường dùng: Các cảm biến TSOP382, TSOP384, …đểthu sóng IR, các module QTRX-HD-07, QTR-8, QTR-1, TCRT5000, ….có thể thuphát và xử lý tín hiệu từ đường chạy.Các sensor có thể tích hợp thành dãy hoặc đểrời

Hình 2.3 Các loại cảm biến thông dụng

Hàng 1 : QTRX-HD-07 [10] , QTR-HD-07Hàng 2 : QTR-3A [11], QTR-1A [12], QTR-L-1 [13]

Đối với các loại cảm biến quang, tín hiệu tương tự từ cảm biến sẽ được hiệuchuẩn và xử lí bàng các giải thuật so sánh hoặc xấp xỉ [f] để tìm ra vị trí tương đốicủa robot dò line với tâm đường line

Hình 2.4 Nguyên lý làm việc của cảm biến quang [15]

2.2.4 Phương pháp dùng cảm biến phototransitor

Loại cảm biến Giá

Camera Đắt Độ chính xác cao và

ít bị nhiễu

Cần xử lý nhiều, đòi hỏi bộ

xử lý phải nhanh nếu không

sẽ giảm tốc độ của xe

Sai số lớn

Cảm biến quang

(phototransitor)

Rẻ Giải thuật xử lý đơn

giảnTốc độ đáp ứngnhanh (có thể đạt15ns)

Dễ bị nhiễu

Bề mặt sa bàn mấp mô, gây nhiễu

Phương án lựa chọn : Từ yêu cầu khả năng của 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 sẽđược cân nhắc:

Về loại cảm biến: Để thỏa mãn yêu cầu về việc đáp ứng được với các đường gấp

khúc đột ngột của sa bàn, phương án cảm biến phải có độ nhạy thích hợp Dựa trên đặctính độ nhạy cao của phototransistor so với các loại cảm biến quang khác hai phương án

sử dụng loại sensor này được đề xuất

- Phototransistor kết hợp với led thường

- Phototransistor kết hợp với led hồng ngoại

Đối với đường line màu có độ tương phản cao vì thế LED hồng ngoại cho độ nhạycao hơn nhưng cần phải che chắn để chống nhiễu Đối với đường đua mà màu line vớimàu của nền có độ tương phản thấp, sử dụng LED thường sẽ hiệu quả hơn

2.2.5 Giải thuật xử lý tín hiệu cảm biến quang để xác định vị trí line

Phương pháp thứ nhất: Dùng bộ so sánh để xác định trạng thái đóng ngắt của cácsensor, sau đó suy ra vị trí xe theo một bảng trạng thái đã được định sẵn Sai số dò linephụ thuộc vào khả năng phân biệt các trạng thái của hệ thống, hay khoảng cách giữa cácsensor

Line nằm giữa

Line nằm bên phải

Line nằm bên trái Tín hiệu mức thấp

Bảng 2.2 Bảng so sánh các giải thuật xử lý tín hiệu điều khiển

Giải thuật so sánh Tốc độ xử lí nhanh Độ chính xác thấp hơn hơnGiải thuật xấp xỉ Độ chính xác cao hơn Tốc độ xử lí không bằng giải

thuật so sánh

Các xe đua dò line của các cuộc thi như Robocon, Cuộc đua số…đều sử dụng động

cơ DC có gắn encoder làm cơ cấu chấp hành Đặc điểm của động cơ DC đa dạng vềkích thước, momen, chủng loại driver, dễ dàng lắp đặt và điều khiển chính xác do cóthể kết

hợp thêm encoder và được ứng dụng thêm bộ điều khiển PID để có thể điều chỉnh tốc độhoặc vị trí chính xác theo yêu cầu.

Bảng 2.4 Bảng so sánh các loại động cơ

Động cơ Step Điều khiển chính xác tốc độ, vị trí Giá thành cao

hơn,kích thước lớnĐộng cơ DC gắn

encoder

Tốc độ chính xác cao, giá thànhthấp, kích thước nhỏ,dễ điều khiển

Nhiễu cao

Phương án lựa chọn: Lựa chọn động cơ DC có gắn Encoder vì kết cấu nhỏ gọn

đơn giản và khả năng xử lí chính xác cao

2.4 LỰA CHỌN DRIVER

 Yêu cầu driver

- Dòng ra của động cơ phải lớn hơn dòng cực đại của động cơ, đảm bảo cho động

- Nguồn dòng đầu ra lớn nhất: 1.2A

- Tuyến tính giữa xung PWM và tốc độ quay của động cơ đạt độ tuyến tính cao

- Dòng đầu ra quá nhỏ,khi động cơ quá tải Driver có thể sẽ bị cháy

2.4.2 Driver L298N

Hình 2.10 Driver L298N [21]

- Nguồn áp vào: 12V

- Dòng ra tối đa của một cầu là 2A

- Đồ thị tuyến tính của xung PWM và tốc độ quay của động cơ đạt tuyến tính thấp

- Dòng ra tương đối đáp ứng được nguồn dòng động cơ tiêu thụ khi quá tải và khả năng tuyến tính vẫn có thể đáp ứng tốt cho động cơ hoạt động ổn định

Phương án lựa chọn: Lựa chọn driver L298 vì dòng ra tối đa lớn

2.5 ĐIỀU KHIỂN

2.5.1 Vi điều khiển

Hình 2.11 Các bộ vi điểu khiển thông dụng hiện nay [22]

SRAM,FLASH FLASH,

SRAM,EEPROM

FLASH,SDR AM,

EEPROMĐiện năng

tiêu thụ

Các loại vi

điều khiển

thông dụng

AT89C51,P89v51

PIC18fXX8,PIC16f88X,PIC32MXX

ATmega8 LPC2148,A

RMCortex M0đến M7

2.5.2 PLC

Bộ điều khiển lập trình PLC là một thiết bị sử dụng cho tự động hóa công nghiệp

Hình 2.12 Bộ điều khiển PLC Siemens [23]

Driver

Microcontroller Driver

Phương án lựa chọn :

Để dễ dàng trong việc lập trình và có sẵn thư viện, phổ biến và thông dụng và giá thành thấp nên đã chọn microcontroller là 18f4550

Để tránh tình trạng bị nhiễu hoặc rớt dữ liệu trong quá trình truyền dữ liệu phương

án cấu trúc điều khiển tập trung

motorHình 2.13 Phương án cấu trúc điều khiển

Phương án này sử dụng một MCU cho các hoạt động của robot do đó MCU phảithực hiện nhiều tác vụ hơn, do đó việc tính toán thời gian để đảm bảo các tác vụ diễn

ra được thống nhất và không bị trùng lặp là vấn đề quan trọng, cần tính toán kỹ

Đề xuất giải thuật điều khiển : Dựa vào yêu cầu robot phải bám được trên các

đoạn đường thẳng, cong và sai số vị trí line bị gấp khúc (2mm), ba phương án cho bộđiều khiển được đề xuất

- Phương án 1: Bộ điều khiển PID kết hợp ghi nhớ đường đi

Phương án 2: Bộ điều khiển tracking

- Phương án 3: Bộ điều khiển ON-OFF

- 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 phảikết hợp thêm cảm biến accelometer và gyrometer để bộ điều khiển có thể nhớđược trạng thái gia tốc và gốc của robot trong suốt 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 chứngminh bộ điều khiển có khả năng di chuyển robot tới các tọa độ cho trước với vận tốc

mong muốn.Phương án 3 là một điều khiển cũng rất thông dụng, nó dễ điều khiển hơn các phương án trên, tuy nhiên sai số lớn và độ ổn định không cao

2.6 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Từ các đề xuất trên, ta tiến hành lựa chọn phương án phù hợp

- Sơ đồ nguyên lý: robot 2 bánh chủ động + 1 bánh đa hướng bị động

- Vật liệu: mica + nhựa

- Giải thuật điều khiển: bộ điều khiển PID

Bảng 2.6 Bảng phân công công việc nhóm

CHƯƠNG 3: CƠ KHÍ 3.1 LỰA CHỌN BÁNH XE

3.1.1 Lựa chọn cơ cấu robot

Lựa chọn phương án xe dò line 3 bánh theo cấu trúc xe “Chariot”, với thiết kế đơngiản, gọn, nhẹ, hai bánh chủ động nằm sau và bánh bị động nằm trước dễ dàng đạt đượctốc độ mong muốn

Hình 3.1 Cơ cấu robot

3.1.2 Lựa chọn bánh chủ động

Hai bánh chủ đông đảm bảo yêu cầu: nhẹ, bền, khả năng bám đường tốt, có sẵn trênthị trường: Bánh xe 80mm khớp lục giác 12mm

Hình 3.2 Bánh xe 80mm

3.1.3 Lựa chọn bánh bị động

Nhóm đã chọn bánh mắt trâu (Ball transfer) làm bánh bị động để dễ dàng trong việc

mô phỏng và chạy thực nghiệm

Hình 3.4 Lực tác động lên bánh xeMoment quán tính:

𝑚 (𝑘𝑔): Khối lượng của một bánh xe. 𝑎 (𝑚/𝑠2): Gia tốc

𝑀 (𝑘𝑔):Khối lượng xe. 𝑔 (𝑚/𝑠2): Gia tốc trọng trường

𝜏 = (1 4 + 0,025)) 1,25 80.10−3 + 1 0,025 (80.10−3) 2 100 = 0,10325 (Nm)

Moment giới hạn lăn không trượt:

(𝑚