1) Lý thuyết encoder: Một công nghệ số đội robot áp dụng năm gần sử dụng encoder Cơ sở phương pháp sử dụng đặc tính độ dài quãng đường sai số chuyển động hai bánh động nhờ khai thác tính chất mã hố xung vịng quay (Rotary encoder) Bộ encoder thực chất đĩa có đục lỗ có gắn cặp sensor thu phát bên Bộ encoder gắn bánh xe động robot a) Nguyên tắc hoạt động encoder: Gồm thu phát hồng ngoại đĩa cho chia lỗ đặt hệ thống thu phát Đĩa gắn trục động trục chuyển động Quá trình đĩa chuyển động làm cho phần photo sensor thay đổi trạng thái tạo chuỗi xung vuông đầu Đây thông số kĩ thuật quan trọng encoder Tuỳ theo số lỗ đĩa mà số xung tạo vòng quay đĩa khác Số lượng xung lớn nghĩa số lỗ nhiều vịng trịn 360 độ Nghĩa ta điều khiển xác Và dĩ nhiên encoder đắt tiền Chúng ta thấy có nhiều loại encoder dùng từ trường đĩa có nhiều vịng lỗ tơi giới thiệu loại phổ dụng đơn giản sử dụng ánh sáng Trong thực tế thấy encoder động DC không thành phần độc lập Việc lựa chọn sử dụng hai loại encoder có ưu nhược điểm riêng mà không đề cập Hình dạng encoder : Khi robot muốn dịch chuyển theo quỹ đạo xác định cần vào hai trạng thái quãng đường hai bánh (tham chiếu với chương trình, hướng chuyển động), Sai số quãng đường hai động Phương pháp thể đặc tính mềm dẻo phải chuyển hướng xoay robot góc khỏi quỹ đạo Encoder thường có dây (hoặc dây tùy loại ) bao gồm dây nguồn ,2 dây tín hiệu A B dây pha Z.2 dây tín hiệu A B cho phép bạn xác định số vòng quay động ,vận tốc chiều quay động cơ.Để lập trình xử l tín hiệu encoder ,bạn nối dây tín hiệu A B vào chân timer ngắt vi điều khiển,thiết lập vi điều khiển chế độ counter ,vi điều khiển đếm xung từ vi điều khiển b) Phân loại Encoder: Encoder mục đích dùng để quản lý vị trí góc đĩa quay, đĩa quay bánh xe, trục động cơ, thiết bị quay cần xác định vị trí góc Encoder chia làm loại, absolute encoder incremental encoder Tạm dịch encoder tuyệt đối encoder tương đối Chữ encoder tuyệt đối dịch theo ngun văn, tiếng Việt có loại, loại cịn lại dịch ngược lại với loại Cho nen dịch encoder tương đối cho incremental encoder Nếu dịch sát nghĩa, ta đọc absolute encoder, có nghĩa encoder tuyệt đối, tức tín hiệu ta nhận được, rõ ràng vị trí encoder, khơng cần xử lý thêm, biết xác vị trí encoder Cịn incremental encoder, loại encoder có 1, 2, tối đa vịng lỗ Các bạn hình dung này, bạn đục lỗ đĩa quay, lần đĩa quay vịng, bạn nhận tín hiệu, bạn biết đĩa quay vòng Nếu bạn có nhiều lỗ hơn, bạn có thơng tin chi tiết hơn, có nghĩa đĩa quay 1/4 vong, 1/8 vòng, 1/n vòng, tùy theo số lỗ nằm incremental encoder Cứ lần qua lỗ, phải lập trình để thiết bị đo đếm lên Do vậy, encoder loại có tên incremental encoder (encoder tăng lên đơn vị) Nguyên lý hoạt động encoder, LED lỗ: Nguyên lý encoder, đĩa tròn xoay, quay quanh trục Trên đĩa có lỗ (rãnh) Người ta dùng đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗ lỗ (rãnh), đèn led khơng chiếu xun qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led chiếu xuyên qua Khi đó, phía mặt bên đĩa, người ta đặt mắt thu Với tín hiệu có, khơng có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận đèn led có chiếu qua lỗ hay khơng Khi trục quay, giả sử đĩa có lỗ nhất, lần mắt thu nhận tín hiệu đèn led, có nghĩa đĩa quay vòng Đây nguyên lý encoder Tuy nhiên, vấn đề đặt là, để xác định xác vị trí đĩa quay (mịn hơn) làm để xác định đĩa quay theo chiều nào? Đó vấn đề để tìm hiểu encoder Hình sau minh họa nguyên lý hoạt động encoder Các bạn thấy hình, có đĩa mask, khơng quay, đĩa cố định, thực để che khe hẹp ánh sáng qua, giúp cho việc đọc encoder xác mà thơi Chúng tơi khơng để cập đến đĩa mặt nạ Hoạt động hai loại encoder nào? Absolute encoder (encoder tuyệt đối) Vấn đề quan tâm đây, vấn đề độ mịn encoder, có nghĩa làm biết đĩa quay 1/2 vòng, 1/4 vòng, 1/8 vòng hay 1/n vịng, khơng phải biết đĩa quay vịng Quay lại tốn bit số bit, xem xét vấn đề theo cách hồn tồn tốn học nhé: Với số nhị phân có chữ số, có 00, 01, 10, 11, tức trạng thái Điều có nghĩa với chữ số, chia đĩa encoder thành phần Và quay, xác định độ xác đến 1/4 vịng Tương tự vậy, với số có n chữ số, xác định độ xác đến 1/(2^n) vịng Thế để xác định Các bạn xem hình sau: trạng thái đĩa encoder? Ở đây, đưa ví dụ với đĩa encoder có vịng đĩa Các bạn thấy rằng, vịng cùng, có rãnh rộng 1/2 đĩa Vịng phía ngồi, có rãnh nằm đối diện Như vậy, cần đèn led để phát xuyên qua vòng lỗ, đèn thu Giả sử vòng lỗ thứ (trong cùng), đèn đọc nằm vị trí có lỗ hở, tín hiệu nhận từ mắt thu Và vòng lỗ thứ hai, vị trí khơng có lỗ, mắt thu vịng đọc giá trị Và vậy, với số 10, xác định encoder nằm góc phần tư nào, có nghĩa quản lý độ xác đĩa quay đến 1/4 vịng Trong ví dụ trên, đèn LED đọc 10, vị trí LED phải nằm góc phần tư thứ hai, phía trên, bên trái Kết quả, đĩa encoder có đến 10 vịng lỗ, quản lý đến 1/(2^10) tức đến 1/1024 vịng Hay người ta nói độ phân giải encoder 1024 xung vòng (pulse per revolution - ppr) Sau ví dụ abosulte encoder vòng lỗ: Vậy cách thiết kế absolute encoder nào? Các bạn ý rằng, để thiết kế encoder tuyệt đối, người ta vẽ cho bit thứ N (đối với encoder có N vịng lỗ) nằm cùng, có nghĩa lỗ lớn có góc rộng 180 độ, nằm Bởi thấy rằng, bit0 (nếu xem số nhị phân) thay đổi liên tục 1/2^N vòng quay, thế, cần nhiều lỗ Nếu đặt khơng thể vẽ được, bán kính nhỏ Ngồi ra, đặt trong, kết cấu khí, q gần trục, nhiều lỗ, yếu Vì hai điểm này, nên bit0 ln đặt ngồi cùng, bitN-1 ln đặt hình Rất nhiều người thắc mắc cách thực tế để vẽ encoder Tuy nhiên, kể từ có chương trình thiết kế encoder này, tơi cho khơng nên quan tâm đến vấn đề Chỉ cần hiểu hoạt động sao, sau dùng chương trình để vẽ Incremental encoder (encoder tăng) Nhận thấy điều rằng, encoder tuyệt đối có lợi cho trường hợp góc quay nhỏ, động khơng quay nhiều vịng Khi đó, việc xử lý encoder tuyệt đối trở nên dễ dàng cho người dùng hơn, cần đọc giá trị biết vị trí góc trục quay Tuy nhiên, động quay nhiều vịng, điều khơng có lợi, đó, phải xử lý để đếm số vịng quay trục Ngồi ra, bạn thấy đó, thiết kế encoder tuyệt đối, cần nhiều vòng lỗ, dẫn tới giới hạn kích thước encoder, việc gia cơng xác lỗ nhỏ thực Chưa kể việc thiết kế dãy đèn led mắt thu ảnh hưởng lớn đến kích thước giới hạn Theo kinh nghiệm cá nhân tôi, thấy encoder bit chi tiết rồi, trường DHBKHCM có loại encoder 12bit loại tốt mà biết Tôi chưa thấy loại encoder tuyệt đối 16 bit cả, khơng có ý định tìm internet Độ xác encoder 12 bit 1/4096 Tuy nhiên, điều khắc phục incremental encoder cách đơn giản Chính vậy, ngày nay, đa số người ta sử dụng incremental encoder ứng dụng đại Hoạt động incremental encoder : Thật đơn giản, incremental encoder, tăng đơn vị lần lên xuống cạnh xung Các bạn xem hình encoder sau: Các bạn thấy rằng, lần quay qua lỗ, encoder tăng đơn vị biến đếm Tuy nhiên, vấn đề để biết encoder quay hết vịng? Nếu đếm vơ hạn này, khơng thể biết quay hết vịng Nếu bạn đếm số lỗ encoder để biết quay vịng, với encoder 1000 lỗ bạn đếm đến sáng Chưa kể, lần có rung động mà ta khơng quản lý được, encoder bị sai xung Khi đó, hoạt động lâu dài, sai số tích lũy, ngày hôm sai xung, ngày hôm sau sai xung Đến cuối cùng, động quay vòng bạn đếm vòng Để tránh điều tai hại xảy ra, người ta đưa vào thêm lỗ định vị để đếm số vòng quay encoder Như vậy, cho dù có lệch xung, mà thấy encoder ngang qua lỗ định vị này, biết encoder bị đếm sai Nếu rung động đó, mà khơng thấy encoder qua lỗ định vị, từ số xung, việc qua lỗ định vị, biết rõ tượng sai encoder Đây hình encoder có lỗ định vị: Tuy nhiên, vấn đề lớn là, biết encoder xoay theo chiều nào? Bởi cho dù xoay theo chiều nào, tín hiệu encoder xung đơn lẻ xoay theo hai chiều giống Chính vậy, người ta đặt thêm vòng lỗ vòng lỗ thứ lỗ định vị hình sau: Chú ý rằng, vị trí góc lỗ vịng lỗ vòng lệch Các cạnh lỗ vòng nằm lỗ vòng ngược lại Chúng ta khảo sát tiếp vấn đề encoder phần tín hiệu xung để hiểu rõ encoder Tuy nhiên, bạn thấy điều rằng, thay làm vịng encoder, dùng đèn LED đặt thẳng hàng, người ta cần làm vòng lỗ, đặt hai đèn LED lệch Kết quả, bạn thường thấy encoder có dạng hình 2: Đây dạng encoder phổ biến