6Chuong 2 mtzgoj2mte 20130307021308 4

Kho tài liệu miễn phí diễn đàn Ketnooi.com CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ 2.1 Giải tốn tìm đường cho robot 2.1.1.Đặt vấn đề - Dò đường (navigation) khoa học dẫn hướng robot tự hành di chuyển khơng gian làm việc (đất, nước, khơng khí ) Trong vấn đề dị đường, tốn quan tâm nhiều có lẽ tìm đường đích mà khơng chạm vật cản đường Có hai loại tốn tìm đường cho robot: tốn cục (local) tốn tồn cục (global) Trong tốn tồn cục, đồ mơi trường làm việc robot hoàn toàn biết trước, vấn đề phải giải tìm đường cho robot trước xuất phát Ở tốn cục bộ, mơi trường làm việc robot hồn tồn khơng biết trước biết phần, robot hồn tồn phải nhờ vào cảm nhận mơi trường thơng qua cảm biến gắn để dị đường Bài tốn tồn cục tỏ rõ lợi ta biết trước có đường (tối ưu) tới đích hay không trước cho robot khởi hành Tuy có hạn chế địi hỏi nhiều tính tốn nhớ, đặc biệt tình xấu xảy đồ môi trường làm việc khơng khai báo xác, u cầu biết trước hồn tồn mơi trường hoạt động nhược điểm Trong đó, robot tìm đường cục biết thông tin xung quanh qua sensor cảm nhận mơi trường gắn Vì thế, robot tìm đường cục khơng hồn thành việc tới đích (mặc dù thực tế có đường tới đích), khái niệm tối ưu khơng có ý nghĩa tốn Tuy nhiên, u cầu tính tốn, dung lượng nhớ thấp tính linh hoạt cao (như tránh vật cản vật di động) khiến tìm đường cục trở thành cơng cụ mạnh robot tự hành Hiện nay, cách tiếp cận kếthợp cục toàn cục ngày phổ biến, giúp robot tự hành tăng tính linh hoạt hiệu Trong tập trung Kho tài liệu miễn phí diễn đàn Ketnooi.com vào giải hai toán mức độ đơn giản Môi trường hoạt động robot mặt phẳng, giới hạn tường Các vật cản xem vật cản hai chiều, tĩnh hoàn tồn Trong tốn cục bộ, robot trang bị cảm biến hồng ngoại xác định khoảng cách vật cản Trong tốn tồn cục, từ đầu vào vị trí xuất phát, vị trí đích, kích thước robot, đồ hoạt động, ta tìm đường để robot tự hành.Mục đích cuối robot tự tới đích khơng chạm vật cản mà khơng cần trợ giúp từ bên 2.1.2 Bài tốn tìm đường cục - Giải hồn tồn tốn khó khăn nhiều so với giải tồn tồn cục Một cách tìm đường cục hoàn hảo phương pháp đồ nơron cực (PolarNeurol Map) Michail G Lagoudakis (1998) dùng 16-32 cảm biến gắn robot Normad (hình 1.1a, b) tạo trường cảm biến bao phủ vùng xung quanh robot, thuật toán sử dụng thuật toán ánh xạ nơron tương đối phức tạp Do giới hạn luận, phương pháp không đề cập đến Phương pháp đề cập đến sử dụng cảm biến dò đường xác định khoảng cách từ đầu xe tới vật cản.Tùy vào khoảng cách tới vật cản ứng với cảm biến, ta xác định phương hướng di chuyển robot phù hợp Ý tưởng phương pháp xuất phát từ báo Cơ điện tử[1] Tuy nhiên đâu có điều chỉnh để phù hợp với khải 2.2 Các khối phần cứng sử dụng robot 2.2.1 Khối nguồn Nguồn nơi cung cấp lượng cho mạch hoạt động.Yêu cầu nguồn điên áp dịng ổn định.Có nhiều phương pháp để thực yêu cầu sử dụng transitor để có nguồn cơng Kho tài liệu miễn phí diễn đàn Ketnooi.com suất lớn ( tương đối phức tạp ), sử dụng IC ổn áp chuyên dụng 78XX ( cho điện áp dương ổn định ) 79XX (cho điện áp âm ổn định ) số IC điều chỉnh điện áp ( LM 317,LM 309 ……) ngồi cịn có loại diode zener cho điện áp ổn định.Ở giới thiệu loại IC ổn áp loại 78XX diode zener Hình 2.1 Mạch sử dụng IC 78XX Vout = Vout(ic), Vin > Vout(ic) Hình 2.2 Mạch tăng điện áp sử dụng có diode zener Kho tài liệu miễn phí diễn đàn Ketnooi.com Hình 2.3 Mạch tăng điện áp sử dụng điện trở Hình 2.4 Mạch điều chỉnh điện áp biến trở Kho tài liệu miễn phí diễn đàn Ketnooi.com Hình 2.5 Mạch kéo dòng 2.3 Hê thống cảm biến 2.3.1 Định nghĩa Trong robot Một phần quan trọng robot hệ thống cảm biến Vậy hệ thống cảm biến ? - Cảm biến định nghĩa nôm na hệ thống giác quan robot, Robot cần xác định trạng thái mơi trường bên ngồi (như vật cản, màu sắc vật , ) để gửi trạng thái môi trường đến xử lý đưa phản ứng điều khiển robot để đối phó với kiện bên ngồi Để bạn hiểu rõ cách làm việc cảm biến , xin đưa số ví dụ : - Ví dụ đơn giản người Ta ví mắt cảm biến Khi đụng vào vách tường mắt cảm biến truyền liệu cho não Tương tự vậy, cảm biến chuyền liệu cho vi xử lí Sau não gửi trả thông tin phản ứng hướng khác để tránh va đụng Kho tài liệu miễn phí diễn đàn Ketnooi.com vào vách tường Vi xử lí robot thế, gửi thông tin dể cho robot đường 2.3.2 Các loại cảm biến : Trong kĩ thuật robot thường sử dụng loại cảm biến như: Led hồng ngoại ( thu phát hồng ngoại ) Quang điện trở (PHOTORESISTANCE ) : cds cdse Tế bào quang điện Camera số cơng nghệ sử lí ảnh Cảm biến siêu âm - Ở giới thiệu cảm biến thơng dụng, led hồng ngoại: Phần giới thiệu mạch cảm biến robot.Mạch cảm biến đóng vai trị “mắt “ robot giúp cho robot có khả nhận biết môi trường xung quanh (vạch trắng ,chướng ngại vật ) để từ có biện pháp xử lý Trong mạch cảm biến ,các bạn sử dụng loại led thu phát hồng ngoại quang trở Led thu phát hồng ngoại có giá thành rẻ (2500 /cặp) Hình 2.1: Hình ảnh thu phát hồng ngoại Kho tài liệu miễn phí diễn đàn Ketnooi.com Đối với robot cơng nghiệp ,bạn sử dụng loại cảm biến công nghiệp hãng Omron ,hay Siemens.Các loại cảm biến có độ nhạy cao khả chống nhiễu tốt.Tuy nhiên giá thành đắt (hàng trăm đơ) Hình 2.2 Các loại cảm biến cơng nghiệp Hình 2.2 : Kí hiệu led phát , thu 10 Kho tài liệu miễn phí diễn đàn Ketnooi.com Hình 2.3 : led hơng ngoại Hình 2.4 : led thu hồng ngoại 2.3.3 Phát hồng ngoai Cần ý đến chân nối với mạch điện led.Chân anode (a – nốt) nối với cực dương nguồn điện, chân Cathode ( ca – thốt) nối với cực âm nguồn điện ,qua hình 2.3 thấy chân dài chân anode, chân ngắn chân cathode.Lưu y dòng qua led từ 5mA 20mA, tính tốn thường chọn Iled = 10 mA , điện áp rơi vào khoảng 1,7 V đến 2.4 V , tinh toán chọn Vled = V 2.3.4 Led thu hồng ngoại ( photodiode): * Cấu tạo: Photodiode ( hình 2.4) loại bán dẫn đơn giản vỏ có gắn thấu kính để dẫn tia sáng chiếu vào mặt tiếp giáp * Đặc điểm : Photodiode loại diode làm việc theo chế độ phân cực nghịch, dòng nghịch qua diode điều khiển cường độ ánh sáng chiếu vào.khi ánh sáng chiếu qua diode tăng dịng nghịch qua tăng theo 2.3.5 Cơ chế hoạt động 11 Kho tài liệu miễn phí diễn đàn Ketnooi.com Hình 2.5 : chế hoạt động - Từ hình 2.5 thấy led hồng ngoai chiếu ánh sáng hồng ngoại tới gặp vật cản tia hồng ngoại bị dội ngược trở lại,và đầu thu detector nhận lượng ánh sáng hồng ngoại bi hắt ngược trở về, truyền tín hiệu mạch xử lí, thơng qua khếch đại so sánh - Chú ý : đầu thu phát hồng ngoại cần che chắn tốt để tránh bị nhiễu ánh sáng bên ( ánh sáng tự nhiên, ánh sáng loại đèn cao áp, ) nên đặt hai đầu thu phát cạnh ( cách khoảng từ 2mm đến 5mm) 2.3.6.Sơ đồ mạch cảm biến 12 Kho tài liệu miễn phí diễn đàn Ketnooi.com Hình 2.6 : Sơ đồ nguyên lý - Nguyên lý hoạt động Khi photodiode chưa thu ánh sáng từ led, điện trở photodiode lớn ( Rt ), áp rơi V1- = ( Vcc * Rt ) / ( Rt + R1 ) Điều chỉnh biến trở VR cho V+ < V1- ,điện áp Vo = V Khi photodiode thu ánh sáng từ led, điện trở photodiode giảm ( Rs ), áp rơi V2- = ( Vcc * Rs ) / ( Rs + R1 ) Điều chỉnh biến trở VR cho V+ > V2- ,điện áp Vo = Vcc 2.4 Động DC - Động chiều (động DC,DC motor) có cấu tạo từ phận : phận đứng yên cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu gọi stato phận 13 Kho tài liệu miễn phí diễn đàn Ketnooi.com quay cấu tạo nam châm điện cấu tạo từ cuộn dây đồng có lõi kim loại gọi roto: Hình 3.7 Động chiều Việc lựa chọn động vào tiêu chí sau: -Tốc độ -Khả chịu tải -Độ hãm -Dòng ,áp - Xét hoạt động DC motor: 14 Kho tài liệu miễn phí diễn đàn Ketnooi.com Hình 4.1 - Xét hình 4.1 ta thấy cho dòng điện chiều (tuyệt đối không dùng điện xoay chiều) qua motor làm motor quay hình 4.1 : Hình 4.2 - Nhưng ta đổi chiều dịng điện động quay theo chiều ngược lại (Hình 4.1 ) so với hình ( Hinh 4.2).Qua ta kết luận sau: - Động DC motor điều chỉnh chiều quay động cơ.Đặc tính kĩ thuật động DC tốc độ quay cao,và momen ngẫu lực thấp.Nhưng robot không cần tốc độ cao momen ngẫu lực phải 15 Kho tài liệu miễn phí diễn đàn Ketnooi.com cao,do mắc hộp số vào động DC nhằm giảm tốc độ động tăng momen ngẫu lực - Để đảo chiều quay động DC cần đảo chiều cực tính nguồn điện.Sử dụng cầu H 2.5 Mạch điều khiển động DC 2.5.1 Mạch cầu H - Mạch gọi cầu H mạch có transitor mắc theo sơ đồ giống hình chữ H,để điều khiển chiều quay động cơ.Ngồi cịn kết hợp với thành phần bên để điều khiển tốc độ ( phương pháp điều xung ) 16 Kho tài liệu miễn phí diễn đàn Ketnooi.com Hình 4.3 : sơ đồ nguyên lý động quay theo chiều thuận *Nguyên lý hoạt động : A mức cao B mức thấp , Transitor Q2 Q4 dẫn bão hịa Q1 Q3 khơng dẫn Động quay theo chiều thuận.Chiều mũi tên hình 4.3 chiều dòng điện.Dòng điện từ nguồn Vcc Q2 Motor DC Q4 Mass Hình 4.4 :Sơ đồ nguyên ly động DC quay theo chiều nghịch 17 Kho tài liệu miễn phí diễn đàn Ketnooi.com *Nguyên lý hoạt động : B mức cao A mức thấp , Transitor Q1 Q3 dẫn Q2 Q4 không dẫn Động quay theo chiều nghịch.Chiều mũi tên hình 4.4 chiều dịng điện.Dịng điện từ nguồn Vcc →Q2 → Motor → DC → Q4 → Mass 2.5.2 Mạch điều khiển động dùng IC L293B - Ứng dụng IC L293B vẽ hình 4.9 ,Vs điện áp đặt vào motor lên đến 36V.Dịng lớn IC L293B lên tới 1A.Có thể điểu khiển cho động cơ.Chân dùng để điều khiển motor 1, chân 10 15 dùng để điều khiển motor L293B IC thơng dụng mua cửa hàng điện tử ( giá khoảng 20 nghàn đồng ) 18 Kho tài liệu miễn phí diễn đàn Ketnooi.com Hình 4.8 Cấu tạo IC L298 19 Kho tài liệu miễn phí diễn đàn Ketnooi.com Hình 4.9 : Sơ đồ nguyên lý sử dụng IC L293B - Nguồn nuôi động cấp vào chân 8, điện áp thực tế phụ thuộc vào thông số thực tế động DC Trong trường hợp hình 4.9 dùng cho động DC 12V.Chân số 16 nối chung nguồn với mạch điều khiển.Chân ngõ vào cho phép tác động mức cao để khiều khiển motor 1, Chân ngõ vào cho phép tác động mức cao để khiều khiển motor 2.Trên hình 4.9 hai chân nối chung để điều khiển motor lúc 2.5.3 Mạch điều khiển động dùng IC L298 - Cũng tương tự IC L 293B cho phép dịng qua lớn khoảng 2A ( Giá khoảng 40 nghàn ) Mạch ứng dụng hình 4.12.Nguồn cấp cho động nối với chân (Vs) nguồn cấp tùy thuộc vào thông số động cơ.Chân (Vss) nối chung với nguồn mạch điều khiển (+5V),chân ngõ vào cho phép điều khiển M1 , chân 11 ngõ vào cho phép điều khiển M2 20 Kho tài liệu miễn phí diễn đàn Ketnooi.com tác động mức cao,hình 4.12 chân 11 nối chung để điều khiển motor lúc.Chân 15 nối với Rs mass, chức Rs để điều chỉnh dịng qua M1 M2 Hình.10:Bảng trạng thái 21 Kho tài liệu miễn phí diễn đàn Ketnooi.com Hình 4.11: Sơ đồ chân cấu tạo IC L298 22 Kho tài liệu miễn phí diễn đàn Ketnooi.com Hình 4.12: Sơ đồ nguyên lý sử dụng IC L298 23