BÁO cáo đồ án THIẾT kế hệ THỐNG cơ điện tử đề tài THIẾT kế, CHẾ tạo và điều KHIỂN ROBOT dò LINE (LINE FOLLOWING ROBOT )

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đề tài : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT DÒ LINE (LINE FOLLOWING ROBOT ) GVHD : TS LÊ ĐỨC HẠNH Sinh viên thực : Phạm Hoàng Duy 1510494 Bùi Vũ Hoàn 1511098 Lê Tiến Hồng 1511124 TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2018 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH ẢNH iii DANH SÁCH BẢNG BIỂU v MỤC TIÊU THIẾT KẾ CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Cấu trúc xe dò line thông dụng 1.2.1 Phần khí 1.2.2 Cấu trúc xe dò line 1.2.3 Cảm biến : 1.2.4 Cấu trúc điều khiển : 13 1.2.5 Giải thuật điều khiển : 14 1.3 Đặt đầu : 14 CHƯƠNG : PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 16 2.1 Sơ đồ nguyên lý : 16 2.2 Cảm biến : 16 2.3 Cấu trúc điều khiển : 17 2.4 Bộ điều khiển : 17 2.5 Phương án thiết kế : 17 CHƯƠNG : THIẾT KẾ CƠ KHÍ 18 3.1 Lựa chọn bánh xe 18 3.1.1 Lựa chọn bánh chủ động : 18 3.1.2 Lựa chọn bánh bị động : 18 3.2 Tính tốn chọn động 19 3.3 Tính tốn ổn định cho xe di chuyển bán kính cong : 20 3.4 Tính tốn dung sai độ đồng trục hai động dung sai khác : 21 3.4.1 Dung sai theo phương ngang: 22 3.4.2 Dung sai phương dọc: 23 3.4.3 Lỗ định vị đồ gá: 24 3.4.4 Đảm bảo đồng trục lắp đặt: 25 3.5 Thiết kế phận khí : 26 I ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH 3.6 Hình ảnh mơ hình 3D xe dị line : 26 CHƯƠNG : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN 28 4.1 Sơ đồ khồi hệ thống điện 28 4.2 Lựa chọn vi điều khiển 28 4.3 Thiết kế cảm biến 29 4.3.1 Lựa chọn cảm biến 29 4.3.2 Tính tốn giá trị điện trở 30 4.3.3 Cách bố trí cảm biến : 31 4.3.4 Chọn khoảng cách cảm biến sàn : 32 4.3.5 Chọn khoảng cách led : 33 4.3.6 Tuyến tính hóa cảm biến : 35 4.3.7 Thiết kế mạch cảm biến : 37 4.4 Nguồn điện 38 4.5 Mạch nguồn: 39 4.6 Mạch driver động 40 4.7 Giải thuật PID cho động cơ: 42 4.7.1 Động trái 42 4.7.2 Động phải 50 4.8 Thiết kế board mạch tổng kết nối thiết bị 56 4.8.1 Thiết kế board mạch nguồn 56 4.8.2 Thiết kế board mạch chân cho STM32F4 57 CHƯƠNG : MƠ HÌNH HÓA 59 5.1 Mơ hình động học 59 5.2 Thiết kế luật điều khiển 60 5.3 Thiết kế giải thuật điều khiển cho robot 63 5.4 Mơ robot dị line 64 CHƯƠNG : THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 II ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 0.1 : Sa bàn hệ thống line Hình 1.1 : Thunderstorm Hình 1.2 : Usain Volt 2.0 Robot Hình 1.3 : Suckbot robot Hình 1.4 : Chariot Robot Hình 1.5 : Pinto robot Hình 1.6 : Newbie Robot Hình 1.7 : Fireball robot Hình 1.8 : Cartis X04 Hình 1.9 : Một vài sơ đồ nguyên lý thiết kế khí Hình 1.10 : Raspberr Pi Camera 1/4-Inch 5-Megapixel 10 Hình 1.11 : CMUcam3 (left) CMUcam5 (right) 10 Hình 1.12 : PGM 2000 10 Hình 1.13 : Mối quan hệ cường độ ánh sáng điện trở suất LDR 10 Hình 1.14 : Cảm biến hồng ngoại TCRT5000 11 Hình 1.15 : Vũng nhiễu led thu led phát 11 Hình 1.16 : Các phương pháp bố trí cảm biến 12 Hình 1.17 : Tín hiệu đọc từ cảm biến 12 Hình 1.18 : Xử lý tín hiệu cảm biến phương pháp xấp xỉ 12 Hình 1.19 : Xử lý tín hiệu cảm biến phương pháp so sánh 13 Hình 1.21 : Cấu trúc điều khiển tập trung 13 Hình 1.22 : Cấu trúc điều khiển phân cấp 14 Hình 2.1 : Phương án sơ đồ nguyên lý 16 Hình 2.2 : Cảm biến TCRT5000 16 Hình 2.3 : Cấu trúc điều khiển tập trung 17 Hình 3.1 : Bánh xe V3 18 Hình 3.2 : Bánh mắt trâu 18 Hình 3.3 :Phân tích lực bánh xe 19 Hình 3.4 : Mơ hình tính tốn xe rẽ hướng 20 Hình 3.5 : Sai lệch tâm trục động 21 Hình 3.6 : Chuỗi kích thước mặt cắt ngang lỗ định tâm động 22 Hình 3.7 : Chuỗi kích thước tính dung sai theo phương dọc 23 Hình 3.8 : Chuỗi kích thước dung sai lỗ định vị đồ gá 24 Hình 3.9 : Chuỗi kích thước lỗ định vị thân xe 25 Hình 3.10 : Mơ hình 3D xe dò line 27 Hình 4.1 : Sơ đồ khối hệ thống điện 28 Hình 4.2 : Kit STM32F411VET Discovery 29 Hình 4.3 : Sơ đồ nguyên lý cảm biến TCRT5000 30 Hình 4.4 : Đồ thị thể dòng áp qua LED 31 III ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH Hình 4.5 : Ảnh hưởng cách đặt cảm biến đến switching distance 𝑿𝒅 31 Hình 4.6 : Vùng hoạt động cảm biến TCRT5000 32 Hình 4.7 : Sự thay đổi giá trị ADC khoảng 0-15mm 32 Hình 4.8 : Phạm vi quét led thu led phát cảm biến đặt liền kề 33 Hình 4.9 : Vùng bất định cảm biến 34 Hình 4.10 : Đồ thị quan hệ ảnh hưởng line đến khoàng cách hai cảm biến 34 Hình 4.11 : Phương pháp xấp xỉ theo trọng số 36 Hình 4.12 : Đồ thị quan hệ giá trị tính tốn giá trị thực tâm đường line 37 Hình 4.13 : Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến 38 Hình 4.14 : Sơ đồ PCB mạch cảm biến 38 Hình 4.15 : Mạch cảm biến sau thi công 38 Hình 4.16 : Module LM2596 39 Hình 4.17 : Mạch driver TB6612 40 Hình 4.18 : Đồ thị quan hệ PWM tốc độ động ( khơng tải) 41 Hình 4.19 : Liên hệ vận tốc động PWM 41 Hình 4.20 : Liên hệ vận tốc động PWM 42 Hình 4.21 : Cấp PWM Random 43 Hình 4.22 : Cấp PWM 75% 43 Hình 4.23 : Cấp PWM 85% 44 Hình 4.24 : PWM 100% 44 Hình 4.25 : Độ xác giá trị hàm truyền tìm giá trị dùng để Validate với PWM 85% 45 Hình 4.26 : Mơ hình hệ điều khiển 45 Hình 4.27 : Vận tốc động bắt đầu dao động điều hòa (time (ms),van toc (rpm)) 48 Hình 4.28 : Hệ số kp, ki, kd sử dụng PID Tune Toolbox 48 Hình 4.29 : Đáp ứng động với setpoint 100rpm 49 Hình 4.30 : Đáp ứng động với setpoint 200rpm 49 Hình 4.31 : Đáp ứng động với setpoint 250rpm 50 Hình 4.32 : Đáp ứng động với setpoint 300rpm 50 Hình 4.33 : Cấp PWM Random 51 Hình 4.34 : Cấp PWM 75% 52 Hình 4.35 : Cấp PWM 85% 52 Hình 4.36 : Cấp PWM 100% 53 Hình 4.37 : Độ xác giá trị hàm truyền tìm giá trị dùng để Validate với PWM 85% 53 Hình 4.38 : Hệ số kp, ki, kd sử dụng PID Tune Toolbox 54 Hình 4.39 : Đáp ứng động với setpoint 100rpm 54 Hình 4.40 : Đáp ứng động với setpoint 200rpm 55 Hình 4.41 :Đáp ứng động với setpoint 250rpm 55 Hình 4.42 :Đáp ứng động với setpoint 300rpm 56 Hình 4.43 : PCB mạch nguồn ( mặt ) 56 IV ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH Hình 4.44 : Mạch nguồn sau thi công 57 Hình 4.45 : PCB mạch nguồn ( mặt ) 57 Hình 4.46 : Mạch chân cho STM32F4 sau thi công 58 Hình 5.1 : Mơ hình động học robot hệ tọa độ Oxy 59 Hình 5.2 : Mơ hình sai số xe dị line 60 Hình 5.3 : Quan hệ khoảng cách 𝑑 sai số lớn 62 Hình 5.4 : Giải thuật điều khiển robot mô 63 Hình 5.5 : Kết bám line robot 64 Hình 5.6 : Sai số bám line 𝑒2 65 Hình 5.7 : Góc định hướng robot 65 Hình 5.8 : Vận tốc góc robot 66 Hình 5.9 : Vận tốc góc hai động 66 Hình 6.1 : Mơ hình thực tế xe dị line 67 Hình 6.2 : Vận tốc động thu trình xe chạy bám line 67 Hình 6.3 : Sai số e2 thực tế thuc trình xe bám line 68 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1 : Thông số Thunderstorm Bảng 1.2 : Thông số Usain Volt 2.0 Robot Bảng 1.3 : Thông số Suckbot Bảng 1.4 : Thông số Chariot Bảng 1.5 : Thông số Pinto Bảng 1.6 : Thông số Newbie Bảng 1.7 : Thông số Fireball Bảng 1.8 : Thông số Cartis Bảng 3.1 : Thông số bánh chủ động 18 Bảng 3.2 : Thông số bánh bị động 19 Bảng 3.3 : Kết 20 Bảng 3.4 : Thông số động 20 Bảng 4.1 : Thông số kỹ thuật STM32F411VET Discovery 29 Bảng 4.2 : Thông số kỹ thuật cảm biến TCRT 5000 29 Bảng 4.3 : Công suất điện cần cung cấp cho thiết bị 38 Bảng 4.4 : Các ngõ ra/vào module TB6612 40 Bảng 4.5 : Bảng hàm truyền động PWM tương ứng 42 Bảng 4.6 : Bảng Zeigler – Nichols 47 Bảng 4.7 : Bảng hàm truyền động PWM tương ứng 51 Bảng 5.1 : Các thông số đầu vào cần thiết cho robot mô : 61 V ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH MỤC TIÊU THIẾT KẾ Thiết kế chế tạo xe dò line di chuyển tốc độ cao, với số yêu cầu : - Tốc độ di chuyển tối thiểu: 0.2 m/s Robot mang vật nặng có khối lượng 2kg Đường kính bánh xe: d ≤ 200 mm Số lượng bánh xe: tùy chọn Kích thước tối đa: 300mm x 220mm x 300mm Màu sắc đường line: đen Màu nền: Trắng Bề rộng đường line: 26mm Bề mặt địa hình hình di chuyển: phẳng Sa bàn hệ thống line: Hình 0.1 : Sa bàn hệ thống line Khi bắt đầu robot đặt vị trí A, sau robot chạy theo thứ tự quy định sau: (START) A – B – C – D – E – F – C – G – A – C – E (END) ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung Ngày nay, robot đưa vào sử dụng nhiều công nghiệp, đời sống để thay người, giải người khỏi mơi trường làm việc nặng nhọc, nguy hiểm, độc hại để tăng suất Một ứng dụng Robot AGV Trong đồ án này, nhóm thiết kế mơ hình mobile robot đơn giản có khả bám line Đây mơ hình ứng dụng nhiều thực tế robot phục vụ nhà hàng, robot vận chuyển nguyên vật liệu, hàng hóa nhà xưởng 1.2 Cấu trúc xe dò line thơng dụng 1.2.1 Phần khí 1.2.1.1 Thunderbolt Robot - Thunderstorm tham gia thi Astor Robot Challenge 2012, Sosnowiec, Poland (a) (a) Xe đua Thunderstorm (b) Hình 1.1 : Thunderstorm (b) Sơ đồ nguyên lý Bảng 1.1 : Thông số Thunderstorm Thông số Giá trị Đơn vị L×W×H: 145×90×70 mm Khối lượng 360 g Tốc độ 2.2÷3 m/s Bánh xe ? mm  Ưu điểm: + Quạt hút tạo chân không bám giảm thiểu ảnh hưởng lực ly tâm chạy đường cong + Thanh phía trước hoạt động lị xo, đảm bảo cho bánh bi cầu bánh xe tiếp xúc mặt đất  Nhược điểm: + Hao phí lượng cho quạt 1.2.1.2 Usain Volt 2.0 Robot  Usain Volt 2.0 Robot tham gia thi LVBots Line Following Competition 2015, Las Vegas, USA ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH (a) (b) Hình 1.2 : Usain Volt 2.0 Robot (a) Usain Volt 2.0 Robot Bảng 1.2 : Thông số Usain Volt 2.0 Robot Thông số L×W×H: Khối lượng Tốc độ Bánh xe Giá trị 182×132×60 295 1,1 (trung bình) 60 (b) Sơ đồ nguyên lý Đơn vị mm g m/s mm  Ưu điểm: + Xe sử dụng bánh bi cầu giúp ổn định vào đường cong + Thiết kế đơn giản, dễ chế tạo  Nhược điểm: + Khó đồng phẳng với bánh + Khó điều khiển đồng động ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH 1.2.1.3 Suckbot Robot  Suckbot robot tham gia thi LVBots Line Following Competition 2015, Las Vegas, USA (a) (b) Hình 1.3 : Suckbot robot (b) Sơ đồ nguyên lý (a) Suckbot Robot Bảng 1.3 : Thông số Suckbot Thông số Giá trị Đơn vị L×W×H: ?×?×? mm Khối lượng 300 g Tốc độ 0.93( trung bình) m/s Bánh xe 70 mm  Ưu điểm: + Xe sử dụng bánh bi cầu giúp ổn định vào đường cong + Quạt hút tạo chân không bám giảm thiểu ảnh hưởng lực ly tâm chạy đường cong + Toàn hệ thống mạch điện, pin, động đặt phía sau, bánh xe chủ động giúp dời trọng tâm trục bánh xe, giảm momen xoay bẻ lái  Nhược điểm: + Quạt tạo áp suất hút giúp xe bám đường tạo áp lực xe mặt đường Lực cho trọng tâm xe bị đẩy xa trung điểm bánh xe chủ động gia tăng moment xe bẻ lái + Robot sử dụng bánh dẫn đến khó đồng phẳng ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH Hình 4.42 :Đáp ứng động với setpoint 300rpm 4.8 Thiết kế board mạch tổng kết nối thiết bị Việc thiết kế board nhằm mục đích lắp ráp kit vi điều khiển với board driver motor, đồng thời đặt ngõ vào phù hợp với kết cấu xe 4.8.1 Thiết kế board mạch nguồn Hình 4.43 : PCB mạch nguồn ( mặt ) 56 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH Hình 4.44 : Mạch nguồn sau thi công 4.8.2 Thiết kế board mạch chân cho STM32F4 Hình 4.45 : PCB mạch nguồn ( mặt ) 57 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH Hình 4.46 : Mạch chân cho STM32F4 sau thi công 58 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH CHƯƠNG : MƠ HÌNH HĨA 5.1 Mơ hình động học Hình 5.1 : Mơ hình động học robot hệ tọa độ Oxy Gọi R điểm tham chiếu robot, M trung điểm hai động cơ, C trung điểm cảm biến điểm tracking robot Phương trình động học R: 𝑥̇ 𝑅 = 𝑣𝑅 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑅 { 𝑦̇ 𝑅 = 𝑣𝑅 𝑠𝑖𝑛𝜑𝑅 𝜑̇ 𝑅 = 𝜔𝑅 Trong đó: 𝑣𝑅 vận tốc mong muốn robot Phương trình động học robot M: 𝑥̇ 𝑀 𝑐𝑜𝑠𝜑 𝑦̇ [ 𝑀 ] = [ 𝑠𝑖𝑛𝜑 𝜑̇ 0 𝑣 0] [𝜔] Trong 𝑣 𝜔 vận tốc dài vận tốc góc xe Phương trình động học robot C: 𝑥̇ 𝐶 = 𝑥̇ 𝑀 − 𝜑.̇ 𝑑 𝑠𝑖𝑛𝜑 {𝑦̇ 𝐶 = 𝑦̇ 𝑀 + 𝜑.̇ 𝑑 𝑐𝑜𝑠𝜑 𝜑̇ 𝐸 = 𝜔 Trong đó: 𝑑 khoảng cách từ M đến C 59 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH 5.2 Thiết kế luật điều khiển Đối với toán tracking robot bám line, luật điều khiển để robot bám theo quỹ đạo cho trước Có nhiều luật điều khiển sử dụng luật điều khiển tracking back stepping dựa vào tiêu chuẩn ổn định Lyapunov hay điều khiển fuzzy,… Ở đây, nhóm sử dụng dụng điều khiển tracking Hình 5.2 : Mơ hình sai số xe dò line Bộ điều khiển thiết kế cho điểm C bám theo điểm R quỹ đạo với vận tốc 𝑣𝑟 Sai số C so với điểm tham chiếu: 𝑒1 𝑐𝑜𝑠𝜑 [𝑒2 ] = [−𝑠𝑖𝑛𝜑 𝑒3 𝑠𝑖𝑛𝜑 𝑐𝑜𝑠𝜑 0 𝑥𝑅 − 𝑥𝐶 0] [ 𝑦𝑅 − 𝑦𝐶 ] 𝜑𝑅 − 𝜑𝐶 Sai số động học viết: 𝑣𝑅 𝑐𝑜𝑠𝑒3 𝑒̇1 −1 𝑣 𝑠𝑖𝑛𝑒 𝑒̇ [ 2] = [ 𝑅 3] − [ 𝜔𝑅 𝑒̇3 𝑒2 𝑣 −𝑑 − 𝑒1 ] [𝜔] −1 Do hệ thống phototransitor xác định sai số theo phương pháp tuyến với phương chuyển động xe Nên ta chọn điểm tracking C trung điểm sensor Giải sử xe chạy với vận tốc vận tốc tham chiếu, 𝑒1 = Tuy nhiên, ta xác định sai số 𝑒2 nên ta chọn lại hàm Lyapunov cho điều khiển 𝑉= 2 − 𝑐𝑜𝑠𝑒3 𝑒 + 𝑒 + ≥0 2 𝑘3 Đạo hàm ta được: 60 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ 𝑉̇ = 𝑒1 (𝑣𝑅 𝑐𝑜𝑠𝑒3 − 𝑣 ) + GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH 𝑠𝑖𝑛𝑒3 (𝜔𝑅 − 𝜔 + 𝑘2 𝑒2 𝑣𝑅 ) − 𝑑𝑒2 𝜔 𝑘2 Để hệ ổn định 𝑉̇ < Mà ta xác định 𝑒1 𝑒3 nên cho 𝑒1 = 0, 𝑒3 ≈ Từ ta có: 𝑉̇ = −𝑑𝑒2 𝜔 < Chọn: 𝑑 𝜔 = 𝑘2 𝑒2 Với 𝑘2 > Từ đó: 𝑉̇ = −𝑘2 𝑒22 < thỏa điều kiện Để xe chạy với vận tốc lớn ta chọn 𝑣= 𝑣𝑅 𝜔 = 𝑘2 𝑒2 /𝑑 Tiến hành mơ q trình bám sa bàn robot, sử dụng thông số đầu vào: Bảng 5.1 : Các thông số đầu vào cần thiết cho robot mơ : Đại lượng Bán kính cong 𝑅 Vận tốc cần đạt 𝑣𝑟 Khoảng cách từ tâm xe đến bánh xe chủ động 𝑏 Bán kính bánh xe 𝑟 Thời gian lấy mẫu động 𝑑𝑡 Thời gian lấy mẫu hệ thống 𝑡𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 61 Giá trị 500 0.5 89 40 0.01 0.05 Đơn vị mm m/s mm mm s s ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH Đồ thị khảo sát khoảng cách 𝑑 sai số dò line 𝑒2 lớn Hình 5.3 : Quan hệ khoảng cách 𝒅 sai số lớn Từ đồ thị ta chọn 𝑑 = 100𝑚𝑚 62 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH 5.3 Thiết kế giải thuật điều khiển cho robot Bắt đầu Vị trí ban đầu T_system Đo sai số e2 Tính vận tốc góc lí thuyết robot Tính vận tốc hai bánh lí thuyết T_motor Bộ điều khiển PID cho hai động Vận tốc hai bánh Vận tốc hai bánh Tính vận tốc góc robot Tính tốn vị trí xe Tính tốn vị trí điểm tracking S Tới điểm cuối Đ Kết thúc Hình 5.4 : Giải thuật điều khiển robot mô 63 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH 5.4 Mơ robot dị line Phần trình bày kết mơ robot dị line theo luật điều khiển khoảng cách từ điểm tracking đến tâm xe 𝑑 = 100𝑚𝑚, chọn hệ số 𝑘2 = Phần mềm mơ sử dụng MATLAB Hình 5.5 : Kết bám line robot 64 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH Hình 5.6 : Sai số bám line 𝒆𝟐 Hình 5.7 : Góc định hướng robot 65 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH Hình 5.8 : Vận tốc góc robot Hình 5.9 : Vận tốc góc hai động Nhận xét: - Đồ thị sai số bám line có dạng bậc thangsau khoảng thời gian 𝑡𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 hệ thống tính giá trị sai số, từ sử dụng để tìm vận tốc góc xe - Sai số lớn trình bám line ±32𝑚𝑚 - Trong trình chạy đường thẳng sai số lớn 6𝑚𝑚 sau giảm 0, đường cong 24𝑚𝑚 có giá trị xác lập ổn định 14𝑚𝑚 66 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH CHƯƠNG : THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ Hình 6.1 : Mơ hình thực tế xe dị line Hình 6.2 : Vận tốc động thu trình xe chạy bám line 67 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH Hình 6.3 : Sai số e2 thực tế thuc trình xe bám line Kết thực tế của xe đường 0.55 m/s đáp ứng 69% yêu cầu đề đặt 0.8 m/s Thời gian thực hết vòng chạy 20s Xe mô chạy thực tế thể dạng bám line giống nhau: đoạn đường thẳng (B→D, F→G), xe thể dao động hai bên đường line; đoạn đường cong (A→B, D→F, G→A), xe nằm bên so với đường line Sai số thực tế xe lại không thỏa yêu cầu đề sai số đoạn thẳng cong Các lý dẫn đến việc tang sai số bao gồm: - Sai số lắp đặt ảnh hưởng đến độ đồng trục hai động Sai số tốc độ hai động Ảnh hướng hệ số ma sát bánh mắt trâu Quán tính xe trình quẹo cua Sai số hệ thống cảm biến cảm biến khác biệt môi trường thí nghiệm thực nghiệm Sai số hệ thống cảm biến chiều cao gá đặt độ song song với mặt phẳng xe Để khắc phục sai số này, giải pháp đề bao gồm: - Khung xe đồ gá chế tạo nhơm, thay cho mica mơ hình thực nghiệm, để kiểm sốt sai số q trình gia cơng lắp đặt Thực thí nghiệm nhằm đánh giá sai số vận tốc động để đưa vào mơ Thực nghiệm thí nghiệm để đánh giá ảnh hưởng môi trường thực nghiệm lên giá trị đọc hệ thống cảm biến để thực biện pháp xử lý phù hợp 68 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] DAIFUKU, SMARTCART, Automatic Guided Cart Installed Systems Richard T Vannoy II, M.S.I.T., B.S.E.E.T Designing and Building a Line Following Robot Andrew Reed Bacha, Line Detection and Lane Following for an Autonomous Mobile Robot, MS diss., Virginia Polytechnic Institute and State University, 2005 Ramiro Velázquez et al., A Review of Models and Structures for Wheeled Mobile Robots: Four Case Studies, The 15th International Conference on Advanced Robotics, Estonia, June 20-23, 2011 G H Lee et al., Line Tracking Control of a Two-Wheeled Mobile Robot Using Visual Feedback,International Journal of Advanced Robotic Systems, DOI: 10.5772/53729, received Apr 2012; Accepted 24 Sep 2012 Huu Danh Lam et al., Smooth tracking controller for AGV through junction using CMU camera,Hội nghị Toàn quốc lần thứ Cơ điện tử - VCM-2014 A H Ismail et al.,Vision-based System for Line Following Mobile Robot,IEEE Symposium on Industrial Electronics and Applications (ISIEA 2009), October 4-6, 2009, Kuala Lumpur, Malaysia Mustafa Engin, Dilúad Engin, Path Planing of Line Follower Robot,Proceedings of the 5th European DSP Education and Research Conference, 2012 F Kaiser et.al., Line Follower Robot: Fabrication and accuracy measurement by data acquisition,International Conference on Electrical Engineering and Information & Communication Technology (ICEEICT) 2014 Hsin-Hsiung Huang et al., Hands-on intelligent mobile robot laboratory with support from the industry, IEEE EDUCON Education Engineering 2010 – The future of Global Learing Engineering Education Deepak Punetha, et al Development and Applications of Line Following Robot Based Health Care Management System International Journal of Advanced Research in Computer Engineering & Technology (IJARCET) Volume 2, Issue 8, pp.2446-2449, August 2013 Lý thuyết điều khiển tự động – Nguyễn Thị Phương Hà (chủ biên ) Trịnh Chất & Lê Văn Uyển Tính Tốn Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí Tập 2, 116117 Việt Nam, Cơng ty In Cơng Đồn Việt Nam, 2006 Ninh Đức Tốn, Dung Sai Lắp Ghép, Việt Nam, Công ty Cổ Phần In Thái Nguyên, 2010 VISHAY, TCRT5000, TCRT5000L Datasheet, Document number: 80112, Rev 1.1, 02-Jul-09 69 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH [15] VISHAY, Application of Optical Reflex SensorsTCRT1000, TCRT5000, CNY70, Document number: 80107, Rev 1.1, 02-02 [16] LM2586 Datasheet 70 ... THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Hình 3.10 : Mơ hình 3D xe dị line 27 GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH CHƯƠNG : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN 4.1 Sơ đồ khồi hệ thống. .. Bảng 5.1 : Các thông số đầu vào cần thiết cho robot mô : 61 V ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH MỤC TIÊU THIẾT KẾ Thiết kế chế tạo xe dò line di chuyển tốc độ cao,... 20 mm 15 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : TS.LÊ ĐỨC HẠNH CHƯƠNG : PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ Chương này, ta đưa đề xuất lựa chọn phương án thiết kế phù hợp với mục tiêu thiết kế đặt Đề xuất gồm