Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử thiết kế mobile platform di chuyển bám line

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ -o0o - BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh Nhóm SVTH: Nguyễn Hùng Kiệt 1812728 Nguyễn Hồng Long 1812907 Võ Hà Hồng Long 1812949 TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 LỜI CÁM ƠN Nhóm xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy –TS Ngô Hà Quang Thịnh - người trực tiếp hướng dẫn nhóm thời gian qua Những kiến thức học từ môn Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử kinh nghiệm quý giá cho thành viên nhóm để tiếp tục học tập rèn luyện vững vàng đường nghiệp sau Với điều kiện thời gian học hỏi kinh nghiệm chun mơn cịn hạn chế sinh viên nên báo cáo Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử khơng thể tránh khỏi thiếu sót Nhóm mong nhận bảo, đóng góp ý kiến q thầy để có điều kiện bổ sung, phát triển đề tài, nâng cao ý thức phục vụ tốt cơng tác thực tế sau Nhóm xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực Nguyễn Hùng Kiệt Nguyễn Hồng Long Võ Hà Hoàng Long MỤC TIÊU THIẾT KẾ Thiết kế mobile platform di chuyển bám line cho trước − Sa bàn thể Hình 0.1 − Mỗi robot mang người vật nặng trọng lượng Kg − Khi bắt đầu, robot đặt vị trí Start, sau xe chạy vịng sa bàn kết thúc End 2000 start end 500 Hình 0.1 Sa bàn di chuyển robot MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .10 1.1 Tổng quan Mobile Platform 10 1.1.1 Giới thiệu chung Mobile Platform .10 1.1.2 Phân loại Mobile Robot 10 1.1.3 Một số loại điều hướng cho mobile robot .10 1.2 Tổng quan robot dò line 12 1.2.1 Một số mơ hình robot dò line sơ đồ nguyên lý 12 1.2.2 Động 17 1.2.3 Cảm biến 18 1.2.4 Phần điều khiển .22 1.3 Đặt đầu 26 CHƯƠNG LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 27 2.1 Cấu trúc khí .27 2.1.1 Lựa chọn kết cấu xe .27 2.1.2 Lựa chọn bánh xe 27 2.1.3 Lựa chọn động 28 2.2 Cảm biến .29 2.3 Driver 31 2.4 Vi điều khiển trung tâm 32 2.5 Nguồn 32 2.6 Cấu trúc điều khiển giải thuật điều khiển 34 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ KHÍ .36 3.1 Tính tốn lựa chọn động 36 3.1.1 Chọn bánh chủ động 36 3.1.2 Chọn bánh bị động .37 3.1.3 Tính chọn động 38 3.2 Tính kích thước thân xe 40 3.3 Tính tốn chiều cao trọng tâm xe 41 3.4 Thiết kế đồ gá động 42 3.5 Dung sai hai trục động 43 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN 48 4.1 Thiết kế hệ thống cảm biến 48 4.1.1 Cảm biến TCRT5000 48 4.1.2 Tính toán thiết kế mạch cho cảm biến 48 4.1.3 Cách đặt cảm biến 51 4.1.4 Bố trí cảm biến 52 4.1.5 Thực nghiệm với cảm biến 53 4.2 Mơ hình hóa hệ driver – động 58 4.3 Hàm truyền động .60 4.3.1 Hàm truyền động trái 60 4.3.2 Hàm truyền động phải 61 4.3.3 Thiết kế điều khiển PID cho động .62 CHƯƠNG 5: MƠ HÌNH HĨA 65 5.1 Mơ hình hóa động học robot 65 5.2 Kết thực nghiệm 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Đánh giá ưu, nhược điểm sơ đồ nguyên lý Bảng 1.2 Ưu nhược điểm thuật tốn xử lý đọc tín hiệu cảm biến Bảng 1.3 Ưu nhược điểm cấu trúc điều khiển tập trung Bảng 1.4 Ưu nhược điểm cấu trúc điều khiển phân cấp Bảng 2.1 Ưu nhược điểm loại bánh tự lựa Bảng 2.2 So sánh cảm biến IR Vishay Bảng 2.3 So sánh Driver L298 Driver TB6612FNG Bảng 2.4 So sánh loại vi điều khiển Bảng 2.5 Tính dịng điện mạch Bảng 3.1 Thông số giá trị động GA25 Bảng 3.2 Các thiết bị xe Bảng 4.1 Đặc trưng TCRT5000 Bảng 4.2 Quan hệ điện áp đầu vào vận tốc góc động DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 0.1 Sa bàn di chuyển robot Hình 1.1 Robot dị line “The Chariot” (a) sơ đồ nguyên lý (b) Hình 1.2 Robot dò line “Usain Volt 2.0” (a) sơ đồ nguyên lý (b) Hình 1.3 Robot dị line “Newbie” (a) sơ đồ ngun lý (b) Hình 1.4 Robot dị line (a) sơ đồ nguyên lý “MRC Kit” (b) Hình 1.5 Nguyên lý cảm biến quang Hình 1.6 Vùng giao thoa cực pháp cực thu Hình 1.7 Bố trí cảm biến (a) đường thẳng (b) ma trận (c) biên dạng tự Hình 1.8 Thuật tốn so sánh dựa vào tín hiệu đọc Digital Hình 1.9 Thuật tốn xấp xỉ dựa vào tín hiệu đọc Analog: a) xấp xỉ bậc 2; b) xấp xỉ trọng số Hình 1.10 Cấu trúc điều khiển tập trung Hình 1.11 Cấu trúc điều khiển phân cấp Hình 1.12 Sơ đồ khối điều khiển PID Hình 1.13 Sơ đồ khối điều khiển Fuzzy Hình 1.14 Định nghĩa sai số dị line mơ hình hóa hệ thống Hình 2.1 Sơ đồ ngun lý Hình 2.2 Bánh mắt trâu (a) Bánh caster (b) Hình 2.3 CNY70 (a) TCRT1000 (b) TCRT5000 (c) Hình 2.4 Driver TB6612FNG (a) Driver L298 (b) Hình 2.5 Pin cell NCR 18650 Hình 2.6 Mạch hạ áp LM2596 Hình 2.7 Phương án cấu trúc điều khiển Hình 3.1 Bánh xe 80mmx35mm Hình 3.2 Nối trục lục giác Hình 3.3 Bánh mắt trâu Hình 3.4 Phân tích động lực học bánh xe Hình 3.5 Động DC Encoder GA25 Hình 3.6 Mơ hình động lực học xe chuyển hướng Hình 3.7 Sai lệch tâm trục động Hình 3.8 Các khâu chuỗi kích thước I Hình 3.9 Các khâu chuỗi kích thước II Hình 3.10 Mơ hình thiết kế xe dị line 3D phần mềm Solidworks Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến Hình 4.2 Đồ thị quan hệ 𝐼𝐹 𝑉𝐹 Hình 4.3 Đồ thị quan hệ 𝐼𝐹 𝐼𝐶 Hình 4.4 Đồ thị quan hệ 𝐼𝐶 𝑉𝐶𝐸 Hình 4.5 Mạch điện cho cảm biến Hình 4.6 Mối quan hệ switching distance khoảng cách đặt cảm biến Hình 4.7 Mối quan hệ giá trị 𝐼𝐶 nhận khoảng cách cảm biến Hình 4.8 Mơ hình thí nghiệm với cảm biến TCRT5000 Hình 4.9 Mối quan hệ giá trị điện áp trả chiều cao cảm biến Hình 4.10 Mối quan hệ chiều cao dãy cảm biến với sai số tính tốn Hình 4.11 Sai số lớn sai số trung bình ứng với chiều cao Hình 4.12 Mạch PCB cảm biến Hình 4.13 Đồ thị quan hệ điện áp đầu vào vận tốc góc động Hình 4.14 Đồ thị đáp ứng động trái Hình 4.15 Đồ thị đáp ứng động phải Hình 4.16 Đồ thị đáp ứng động trái thêm PID Hình 4.17 Đồ thị đáp ứng động phải thêm PID Hình 5.1 Tọa độ cho phương trình chuyển động xe với vị trí khác Hình 5.2 Mơ hình sai số 𝑒1 , 𝑒2 , 𝑒3 Hình 5.3 Sơ đồ mơ tả hệ (5.10) Hình 5.4 Mơ vị trí xe Hình 5.5 Sai số e2 sa bàn Hình 5.6 Vận tốc bánh trái bánh phải Hình 5.7 Vận tốc góc xe Hình 5.8 Mơ hình xe thực tế Hình 5.9 Mơ hình xe chạy thực tế Đồ án thiết kế hệ thống điện tử 1.1 GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Tổng quan Mobile Platform 1.1.1 Giới thiệu chung Mobile Platform Ngày nay, công nghệ robot đạt thành tựu to lớn sản xuất công nghiệp đời sống Sản xuất robot nghành công nghiệp trị giá hàng tỉ USD ngày phát triển mạnh, họ robot không nhắc tới mobile robot với đặc thù riêng mà loại robot khác khơng có Mobile Robot di chuyển cách linh hoạt, tạo nên khơng gian hoạt động lớn dần khẳng định vai trị quan trọng khơng thể thiếu nhiều lĩnh vực, thu hút nhiều đầu tư nghiên cứu Mobile robot chia làm nhiều loại: robot học đường đi, robot dò đường line, robot tránh vật cản, robot tìm đường cho mê cung,… số robot dị đường line, có khả tránh vật cản dễ dàng ứng dụng nhiều sống Việc phát triển loại robot phục vụ đắc lực cho người 1.1.2 Phân loại Mobile Robot ❖ Phân loại theo môi trường mà robot di chuyển: • Robot ngồi trời robot nhà: Thường gắn bánh xe nhiên có loại trang bị bánh xích chân giống người động vật • Robot không: Thường gắn cánh quạt dùng cho phương tiện không, phương tiện không người lái • Robot nước: Thường dùng phương tiện nước, mơ lồi vật nước cá, mực ❖ Phân loại theo cách di chuyển: • Robot di chuyển bánh xe • Robot di chuyển bánh xích • Robot chuyển động động vật, có chân vây,… 1.1.3 Một số loại điều hướng cho mobile robot ❖ Điều hướng điểm từ: 10 Đồ án thiết kế hệ thống điện tử { + 𝑘2 𝑑 > →−5 < 𝑘2 < (𝑑 = 0.2𝑚) 𝑘2 < Thay 𝑘1 = −𝜔𝑛 𝑣𝑟 GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh (5.15) (𝑣ớ𝑖 𝑣𝑟 = 𝑚/𝑠) vào phương trình đầu (5.14) ta được: 𝑑𝜔𝑛2 − 2𝜁𝜔𝑛 𝑘2 = 𝑣𝑟2 (5.16) Từ (5.15) (5.16) ta < 𝜔𝑛 < 10 Suy thời gian xác lập hệ thống tính theo tiêu chuẩn 2% 0,4 < 𝑡𝑠 < 0,8 Chọn 𝑡𝑠 = 0,5 suy 𝜔𝑛 = Bước 4: Đồng hệ số tính ma trận độ lợi: Với 𝜁 = 𝜔𝑛 = thay vào phương trình (5.14) ta giá trị hệ số độ lợi 𝑘1 = −64 𝑘 = −3,2 { 𝐾𝑃 = 177,78 𝐾𝐷 = 8,89 Bước 5: Kết luận điều khiển: Vậy luật điều khiển 𝑃𝐷 cho robot track theo line là: 𝜔 = 𝑢 = 177,78𝑒2 + 8,89𝑒̇2 Thiết kế giải thuật cho robot: Sau thiết kế luật điều khiển, ta tiếp tục thiết kế giải thuật điều khiển nhằm áp dụng cho robot điều khiển thực tế để tiến hành mơ giải thuật dị line robot Mơ robot dị theo line: Kết mơ robot dị theo line: 70 Đồ án thiết kế hệ thống điện tử GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh Hình 5.4 Mơ vị trí xe 71 Đồ án thiết kế hệ thống điện tử GVHD: TS Ngơ Hà Quang Thịnh Hình 5.5 Sai số e2 sa bàn Hình 5.6 Vận tốc bánh trái bánh phải 72 Đồ án thiết kế hệ thống điện tử GVHD: TS Ngơ Hà Quang Thịnh Hình 5.7 Vận tốc góc xe Nhận xét kết mơ - Sai số lớn q trình bám line xấp xỉ 𝑚𝑚, xảy vào đường cua dần tiến khỏi cua - Trong trình chạy đường thẳng, sai số dao động nhỏ, sau ổn định Trong trình chạy đường cong, sai số xác lập ổn định ±9𝑚𝑚 (khi chạy đường cong sai số xác lập cần khác để trì tốc độ góc giúp robot đổi hướng) Sai số bị vọt đột ngột điểm đổi hướng bất ngờ: từ đoạn cong vào đường thẳng từ đường thẳng vào đoạn cong, sai số giảm xuống nhanh mức ổn định 73 Đồ án thiết kế hệ thống điện tử 5.2 GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh Kết thực nghiệm Hình 5.8 Mơ hình xe thực tế Hình 5.9 Mơ hình xe chạy thực tế Nhận xét kết thực nghiệm - Nhóm thiết kế hồn thành mơ hình xe dị line, nhiên chưa thể thực nghiệm chạy thực tế hồn chỉnh hạn chế trang thiết bị nguồn nhân lực 74 Đồ án thiết kế hệ thống điện tử GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] VISHAY Application of Optical Reflex Sensors TCRT1000, TCRT5000, CNY70 Tài liệu số: 80107, Rev 1.1, 02 – 02 [2] VISHAY (02 /07/209) Reflective Optical Sensor with Transistor Output: TCRT5000, TCRT5000L Datasheet Tài liệu số: 80112, Rev 1.1 [3] Fu-hua Jen & Bao Trung Mai (06 – 08/07/2012) Building an Autonomous Line Tracing Car with PID Algorithm, 10th World Congress on Intelligent Control and Automation [4] Mustafa Engin & Dilúad Engin (2012) Path Planning of Line Follower Robot 5th European DSP Education and Research Conference [5] Juing-Huei Su, Chyi-Shyong Lee, Hsin-Hsiung Huang, Sheng-Hsiung Chuang & Chih-Yuan Lin (2010) An Intelligent Line-Following Robot Project for Introductory Robot Courses World Transactions on Engineering and Technology Education [6] Joseph L.Jones, Anita M.Flynn & Bruce A.Seiger (1998) Mobile Robot Inspirational to Implementation 2nd ed Cambridge, MA: MIT Artificial Intelligence Laboratory Publication Office [7] Portescap Motion Company, DC Motor Catalogue [8] Huu Danh Lam (2014) Smooth Tracking Controller for AGV through Junction using CMU Camera, Tuyển tập HN Cơ điện tử lần 7, VCM- 2014, pp.597-601, Vietnam [9] Ninh Đức Tốn (2007) Giáo trình dung sai lắp ghép Nhà xuất giáo dục [10] Khin Hooi Ng, Che Fai Yeong, Eileen Lee Ming Su, Thol Yong Lim, Yuvarajoo Subramaniam & Ren Sin Teng (2012) Adaptive Phototransistor Sensor for Line Finding Centre of Humanoid Robots and Bio-Sensor (HuRoBs), Faculty of Mechanical Engineering, Universiti Teknologi MARA [11] Nakib Hayat Chowdhurya, Deloara Khushib & Md Mamunur Rashidc (2017) Algorithm for Line Follower Robots to Follow Critical Paths with Minimum Number of 75 Đồ án thiết kế hệ thống điện tử GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh Sensors Department of Computer Science and Engineering, BAUST, Saidpur Cantonment, Nilphamari, Bangladesh [12] Abdul Hannan, M.A Jobayer Bin Bakkre, Md Selim Hossain & Rajib Chandra Ray (2015) An Intelligent Line Follower Using Ldr Sensor Dept of Computer Science & Engineering, Jahangirnagar University, Dhaka, Bangladesh Dept of Computer Science & Engineering, Shahjalal University of Science and Technology, Sylet, Bangladesh [13] M Zafri Baharuddin, Izham Z Abidin, S Sulaiman Kaja Mohideen, Yap Keem Siah & Jeffrey Tan Too (2005) Analysis of Line Sensor Configuration for the Advanced Line Follower Robot Universiti Tenaga Nasional, Selangor, Malaysia [14] M S Islam & M A Rahman (2013) Design and Fabrication of Line Follower Robot Asian Journal of Applied Science and Engineering, Volume 2, No [15] Mehran Pakdaman & M Mehdi Sanaatiyan (2009) Design and Implementation of Line Follower Robot Second International Conference on Computer and Electrical Engineering, Iran [16] Khin Khin Saw & Lae Yin Mon (2019) Design and Construction of Line Following Robot using Arduino International Journal of Trend in Scientific Research and Development, Volume 3, Issue [17] A Buachoom, K Wuttisela & S Wuttiprom (2020) Development of a simple linefollower robot with constant acceleration motion Siam Physics Congress [18] Lei Wang (2011) Advanced Line-Follower Robot Shenyang LiGong University [19] Andrew Reed Bacha 2005 Line Detection and Lane Following for an Autonomous Mobile Robot Blacksburg, Virginia [20] F Kaiser, S Islam, W Imran & K H Khan (2014) Line Follower Robot: Fabrication and accuracy measurement by data acquisition International Conference on Electrical Engineering and Information & Communication Technology 76 Đồ án thiết kế hệ thống điện tử GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh [21] Ebiesuwa O O, Adekunle Y A, Akinyemi L A & Oyerinde O D (2013) Line Follower Robot Using A Sophisticated Sensor Approach International Journal of Engineering Research & Technology, Vol 2, Issue [22] David Cook (2002) Robot Building for Beginners NXB: APress Media [23] M A Saeedi & R Kazemi (2012) Stability of Three-Wheeled Vehicles with and without Control System International Journal of Automotive Engineering, Vol 3, No [24] Maciej Trojnacki (2014) Dynamics Model of a Four-Wheeled Mobile Robot for Control Applications – A Three-Case Study Industrial Research Institute for Automation and Measurements PIAP, Warsaw, Poland [25] S Challener, K Chan & G Lock (2000) Stability Characteristics Of Three And Four Wheeled Vehicles Tài liệu số: FNC 5352/19708R 77 KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM KHỐI IR SENSOR 5V 5V A OSC1 Y1 20Mhz OSC2 C1 17pF C2 17pF U1 11 32 12 31 PIC18F4431 AVDD VDD RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF-/CAP1/INDX RA3/AN3/VREF+/CAP2/QEA RA4/AN4/CAP3/QEB RA5/AN5/LVDIN OSC2/CLKO/RA6 OSC1/CLKI/RA7 AVSS VSS GND RB0/PWM0 RB1/PWM1 RB2/PWM2 RB3/PWM3 RB4/KBI0/PWM5 RB5/KBI1/PWM4/PGM RB6/KBI2/PGC RB7/KBI3/PGD GND 5V 19 20 21 22 27 28 29 30 R1 10K R2 RESET 1K C3 104 B1 RESET 10 R3 180 RD0/T0CKI/T5CKI RD1/SDO RD2/SDI/SDA RD3/SCK/SCL RD4/FLTA RD5/PWM4 RD6/PWM6 RD7/PWM7 RE0/AN6 RE1/AN7 RE2/AN8 MCLR/VPP/RE3 RC0/T1OSO/T1CKI RC1/T1OSI/CCP2/FLTA RC2/CCP1/FLTB RC3/T0CKI/T5CKI/INT0 RC4/INT1/SDI/SDA RC5/INT2/SCK/SCL RC6/TX/CK/SS RC7/RX/DT/SDO 14 13 33 34 35 36 37 38 39 40 AN0 AN1 AN2 AN3 AN4 R8 10K AN0 U2 A COLL CATH OSC2 OSC1 R4 180 R9 10K AN1 U3 A E R5 180 A E TCRT5000 R11 10K A E R7 180 AN3 U5 COLL CATH TCRT5000 R6 180 AN2 U4 COLL CATH R10 10K A E TCRT5000 A AN4 U6 COLL CATH R12 10K COLL CATH E TCRT5000 TCRT5000 PWM1 PWM3 15 16 17 18 23 24 25 26 GND EA2 EA1 KHỐI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ AIN1 AIN2 BIN1 BIN2 3.3V 5V 12V EA1 EB1 B U7 Encoder1 GND GND Motor1 AO1 SƠ ĐỒ ĐIỆN TỔNG QUÁT 20 24 13 14 AIN1 AIN2 PWM1 21 22 23 BIN1 BIN2 PWM3 17 16 15 5V 19 TB6612FNG VCC VM1 VM2 VM3 AO1 AO1 AO2 AO2 AIN1 AIN2 PWMA BO1 BO1 BO2 BO2 BIN1 BIN2 PWMB PGND1 PGND1 PGND2 PGND2 GND AO2 M STBY 3.3V AO1 AO2 11 12 Encoder2 EA2 EB2 B BO1 GND BO2 10 18 Motor2 BO1 BO2 M GND KHỐI NGUỒN Khối IR SENSOR Đường tín hiệu C SW1 Đường nguồn 12V 5V C 3.3V GND PIC18F4431 U8 LM2596 IN U9 LM7805 IN OUT U10 GND GND OUT GND C4 104 H1 AMS117 IN OUT C5 1000uF/16V C6 104 Driver TB6612 MotorL MotorR Encoder L Battery Chức Họ tên Thiết kế Pin Cell 3.7V 5A GND Encoder R Mạch chuyển nguồn 5V D GND N Hồng Long Chữ ký Ngày Số lượng 19-12 Mạch chuyển nguồn 12V SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ XE DÒ LINE Khối lượng Tỷ lệ D 01 Tờ 01 Số tờ 01 Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Hướng dẫn N H Quang Thịnh Khoa Cơ Khí Duyệt I II 40 20 81 III 22 153 204 10 IV 11 12 13 14 15 IV TL 2:1 ∅7 F8/h7 I II III TL 2:1 TL 2:1 TL 2:1 65 130 A 94 0.052 A ∅4 H8/h6 114 10 204 ∅25 F8/h7 254 207 15 14 13 12 11 10 STT Gá cảm biến Vít M4 Vít hộp pin M3 Khung Khung Vít cấy lục giác M3 Vít đầu chìm M3 Vít bánh xe M4 Nối trục Gá động Động Trụ đồng lục giác M3 Bánh đa hướng Nguồn Bánh xe Kí hiệu Tên gọi Nhựa Thép Thép Nhơm Nhơm Thép Thép Thép Đồng Nhôm 4 1 2 2 Đồng Nhựa+Thép Nhựa 1 Nhựa + Cao su SL Vật liệu Ghi ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Sd SL Số tài liệu Chữ kí Ngày Thiết kế V.H.H.Long N.H.Long N.H.Kiet GVHD N.H.Q.Thinh Duyệt XE DÒ LINE SL KL TL 3:2 Tờ số: Số tờ: ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM KHOA CƠ KHÍ V.H.H.Long N.H.Q.Thinh V.H.H.Long N.H.Q.Thinh V.H.H.Long N.H.Q.Thinh Thiết kế khí bánh (2 bánh dẫn động sau) bánh (2 bánh dẫn động bánh tự lựa) bánh (2 bánh dẫn động servo dẫn hướng) Chọn phương án bánh (2 bánh dẫn động sau) - Kết cấu đơn giản, dễ đồng phẳng Usain Volt 2.0 (2 bánh chủ động sau bánh tự lựa trước) Các mẫu thiết kế xe dò line Chariot (2 bánh chủ động sau bánh tự lựa trước) Pinto (2 bánh chủ động trước bánh tự lựa sau) XE DÒ LINE MỤC TIÊU - Cơ cấu đồng phẳng tốt - Dễ điều khiển chế tạo Lựa chọn cảm biến Nhiệm vụ đề tài - Thiết kế xe dò line - Có thể chở thêm tải nặng kg - Robot bám line với tốc độ trung bình m/s Chọn Driver Thiết kế điện Chọn động Thấp camera Nhanh (< 1ms) Quang điện trở Camera Động step - Ưu điểm: Kiểm sốt vị trí xác, xác định xác hướng quay, dễ thiết lập kiểm soát - Nhược điểm: động dễ bị trượt bước gây sai lệch điều khiển Cảm biến hồng ngoại Camera Thấp camera Nhanh (20-30 ms) Cảm biến hồng ngoại Cảm biến Cao MCR kit (2 bánh chủ động sau bánh tự lựa trước) Thiết kế luật điều khiển Các mẫu thiết kế xe dò line Newbie Robot(Xe sử dụng động điều khiển riêng cho bánh) Thuật toán xấp xỉ: Đầu tương tự (analog outputs) cảm biến sử dụng để tính tốn sai số vị trí đường line trọng tâm xe dựa vào nội suy bậc (hình a) khối lượng trung bình (hình b) Phương pháp có độ xác cao thời gian xử lý lâu thời gian tính tốn nội suy phức tạp, khơng phù hợp cho vi điều khiển Thuật toán so sánh Thuật tốn so sánh: Sử dụng tín hiệu số từ cảm biến để xác định trạng thái đen - trắng từ xác định sai số tâm xe so với tâm đường line, từ phát tín hiệu điều khiển Thuật toán xấp xỉ Thấp Thấp Cao Nhanh Đơn giản Độ xác Chậm Thấp Thấp Thời gian đáp ứng Cao Đơn giản Chậm (20-30 hình/giây) Cao Độ xác Giá thành Phức tạp => Chọn cảm biến hồng ngoại Lắp ráp Thời gian đáp ứng Quang điện trở Driver TB6612FNG Nguồn áp vào: 12V - Nguồn đầu lớn cầu 1.2A - Đồ thị tuyến tính xung PWM tốc độ quay motor tuyến tính thấp - Dịng đầu tương đối đáp ứng nguồn dòng động tiêu thụ q tải, khả tuyến tính đáp ứng Động DC có gắn Encoder - Ưu điểm: Dễ điều khiển, hoạt động tốc độ cao, momen xoắn cao, dùng phổ biến xe đua tìm hiểu, kiểm sốt vị trí xác - Nhược điểm: Dòng khởi động lớn, độ vọt lố cao => Chọn động DC có gắn Encoder Độ phức tạp => Chọn thuật toán xấp xỉ Ưu điểm Nhược điểm Ngày - Tốn nhiều vi điều khiển, tốn nhiều không gian lắp đặt - Phải quan tâm tới vấn đề giao tiếp MCU - Chương trình phân nên dễ chỉnh sửa - Giảm thiểu khối lượng tính tốn cho master - Xử lí nhiều tác vụ lúc Phân cấp Điều khiển phân cấp: Một vi điều khiển đóng vai trị master, ba vi điều khiển đóng vai trị slave Các slaves nhận tín hiệu từ encoder, cảm biến xử lý tín hiệu sau gửi đến cho master để tính tốn, sau gửi trả tín hiệu điều khiển Điều khiển tập trung: Chỉ có vi điều khiển để thực hết việc nhận tín hiệu, xử lý tín hiệu điều khiển động Lựa chọn cấu trúc điều khiển Tập trung - Sử dụng MCU (số MCU = 1), tốn khơng gian, lắp đặt đơn giản - Khối lượng tính tốn lớn - Tốn nhiều thời gian để xử lý liệu, lập trình phức tạp MCU phải xử lý tất liệu N H Q Thịnh Số tài liệu Chữ kí V H H Long N Hồng Long N Hùng Kiệt BẢN VẼ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN SL KL KHOA CƠ KHÍ TL ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Tờ số: Số tờ: ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ => Chọn cấu trúc điều khiển tập trung Sd SL Thiết kế GVHD Duyệt GVHD Thiết kế N H Q Thịnh V H H Long N Hồng Long N Hùng Kiệt Duyệt Chữ kí Ngày KL TL Số tờ: ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SL Tờ số: ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM KHOA CƠ KHÍ ... Một số mơ hình robot dò line sơ đồ nguyên lý 12 Đồ án thiết kế hệ thống điện tử GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh Có nhiều thiết kế robot dị line sử dụng Dưới số mô hình robot dị line sử dụng đạt giải... giác 16 Đồ án thiết kế hệ thống điện tử GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh Tận dụng khối lượng Khó đồng phẳng xe bánh bánh (dẫn động động để tăng độ bám đường Trọng lượng phân bố phía bánh trước, bánh cho... chạy thực tế Đồ án thiết kế hệ thống điện tử 1.1 GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Tổng quan Mobile Platform 1.1.1 Giới thiệu chung Mobile Platform Ngày nay, công nghệ robot đạt