[Type here] TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ *** ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ ROBOT DÒ ĐƯỜNG GVHD ThS Trần Thanh Tùng SVTH Phạm Minh thế MSSV DCDL2101[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ *** ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ ROBOT DÒ ĐƯỜNG GVHD : ThS Trần Thanh Tùng SVTH : Phạm Minh MSSV DCDL21013 Đào Như Ý MSNV DCDL21018 Quảng Ngãi, Tháng 12 ,Năm 2022 [Type here] ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HT CƠ ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG MỞ ĐẦU Sự phát triển ngành Cơ-điện tử có quan hệ mật thiết với phát triển ứng dụng máy móc, liên kiện & máy tính công nghiệp Hệ thống điện tử hệ thống tốt việc thiết kế tối ưu cho sản phẩm, dựa vào phức tạp cao việc thiết kế yêu cầu tích hợp khí, điện tử, thành phần trình thơng tin Để tốt cho nhóm thiết kế cách thuận lợi cho trình thay đổi thành phần hệ thống không ảnh hưởng lớn đến hệ thống cần chọn công cụ thiết kế hệ thống điện tử Cơ điện tử phương thức sử dụng tối ưu thiết kế hệ thống sản phẩm điện Đó kết hợp tích hợp khí, điện hệ thống máy tính với hệ thống thơng tin cho q trình thiết kế sản xuất sản phẩm quy trình sản phẩm Sự hiệp lực thể tổng quát tham số kết hợp chuẩn xác; sản phẩm cuối tốt tổng phận hệ thống Sinh viên thực Phạm Minh Thế Đào Như Ý LỚP DCDL21 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HT CƠ ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG MỞ ĐẦU MỤC LỤC CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN I GIỚI THIỆU II LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU I LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN II TÍNH TỐN CƠ CẤU CHẤP HÀNH Sơ đồ khối mạch Mô tả hoạt động robot Linh kiện tìm hiểu chi tiết linh 3.1 Khối điều khiển 3.2 Khối cảm biến 10 3.2.1 Chức 10 3.2.2 Cấu tạo phát hồng ngoại 11 3.2.2.1 Cấu tạo thu hồng ngoại 11 3.2.2.2 Sơ đồ nguyên lý cảm biến hồng ngoại 12 3.2.2.3 Mô tả pin 12 3.2.2.4 Nguyên lý làm việc LM339 13 3.2.2.5 Một số tính IC LM339 13 3.3 Module L298N 14 3.4 Khối chuyển động 15 3.5 Khối nguồn 17 3.6 Mơ hình PID áp dụng cho robot dò đường……………………… 18 2.6.2 Giải thuật PID…………………………………………………… 19 2.6.3 Hiệu chỉnh thuật toán PID ……………………………………… 19 III SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 19 Sơ đồ nguyên lý 20 Bản vẽ mơ hình robot 20 IV LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 21 V CHƯƠNG TRÌNH 21 CHƯƠNG III : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 24 I CẤU TẠO ĐƯỜNG LINE VÀ MƠ HÌNH THỰC TẾ CỦA ROBOT 24 II PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 25 CHƯƠNG IV : KẾT LUẬN , NHẬN XÉT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 LỚP DCDL21 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HT CƠ ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG HỌC KỲ: I NĂM HỌC 2022-2023 Tên học phần: Thiết kế hệ thống điện tử Sử dụng cho lớp: DCĐL21 Thời gian nộp: 03/12/2022 Họ tên sinh viên: ĐÀO NHƯ Ý MSSV: DCDL21018 PHẠM MINH THẾ MSSV: DCDL21013 ĐỀ TÀI: ROBOT DỊ ĐƯỜNG Dị line ( kích thước) đường line Vận tốc chạy tối đa Dự kiến sơ đồ chạy robot A) YÊU CẦU NỘI DUNG: Chương 1: Giới thiệu tổng quan nghiên cứu trước đây, phân tích, lý lựa chọn đề tài Chương 2: Phương pháp nghiên cứu: - Lựa chọn phương án - Tính tốn lựa chọn cấu chấp hành - Mơ hình hóa tốn học - Xây dựng sơ đồ điều khiển (nguyên lý mạch, sơ đồ mạch in) - Lưu đồ giải thuật - Code chương trình (phụ lục) Chương 3: Kết nghiên cứu: Trình bày, bình luận, phân tích kết Chương 4: Kết luận kết đạt được, tồn chưa giải định hướng B) KẾT QUẢ YÊU CẦU: 01 tập thuyết minh (khổ A4, yêu cầu từ 15- 20 trang) 01 đến 02 vẽ (A4): sơ đồ mạch, lưu đồ thuật toán Quảng Ngãi, ngày 20 tháng năm 2022 GVHD (ký ghi rõ họ tên) Trần Thanh Tùng LỚP DCDL21 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HT CƠ ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TRƯỚC ĐÂY, PHÂN TÍCH, LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI I GIỚI THIỆU: Robot tự hành hay robot di động định nghĩa loại xe robot có khả tự dịch chuyển , tự vận động điều khiển tự động để thực thành công công việc giao Theo lý thuyết, môi trường hoạt động robot tự hành đất , nước , khơng khí, khơng gian vũ trụ hay tổ hợp chúng Địa hình bề mặt mà robot di chuyển phẳng thay đổi, lồi lõm Theo phận thực chuyển động ta chia robot thành lớp: chuyển động chân bánh Trong đề tài , tìm hiểu lớp robot chuyển động bánh Điều khiển robot bánh đơn giản gần ln đảm bảo tính ổn định robot Tiềm ứng dụng robot tự hành rộng lớn Hình Một số loại robot tự hành Mặc dù nhu cầu ứng dụng cao , hạn chế chưa giải robot tự hành , chi phí chế tạo cao, cho phép chúng sử dụng rộng rãi Một nhược điểm robot tự hành phải cịn thiếu tính linh hoạt thích ứng làm việc vị trí khác Bài tốn tìm đường robot tự hành khơng phải loại tốn đơn giản nhiều người nghĩ ban đầu Trong đề tài , tốn tìm đường mơ hình robot giải mức độ không phức tạp Arduino R3 II LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, xã hội ngày phát triển đòi hỏi nhu cầu đại hóa cơng nghiệp.Các ứng dụng tự động hóa phát triển nhằm nâng cao suất lao động,cũng phục LỚP DCDL21 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HT CƠ ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG vụ nhu cầu sống ngày phát triển người.Ngày nhiều robot thông minh chế tạo nghiên cứu để nâng cao chất lượng sống người xe không người lái phục vụ du lịch, tham quan, robot dây chuyền sản xuất tự động,… hay phục vụ mục đích người thám hiểm,thăm dò vũ trụ,thăm dò đáy biển,những nơi mà người đến,…… Robot tự hành thành phần có vai trị quan trọng ngành Robot học Cùng với phát triển mạnh mẽ hệ thống tự động hóa, robot tự hành ngày hoàn thiện cho thấy lợi ích cơng nghiệp sinh hoạt Một vấn đề quan tâm nghiên cứu robot tự hành làm để robot tự động theo quỹ đạo định Trong báo cáo chúng em trình bày đề tài “Thiết kế robot dò đường ” liên quan đến vấn đề LỚP DCDL21 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HT CƠ ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN I Dựa vào đề tài “Mạch điều khiển robot nhận biết đèn hồng ngoại”, chúng em đề xuất ý tưởng thực đề tài sau: Sử dụng kit Arduino để làm xử lý trung tâm mạch mà cụ thể nhóm chúng em sử dụng kit Arduino R3 Mạch sử dụng senser hồng ngoại nhận biết đường Robot Sử dụng bốn động chiều (DC motor) Mạch điều khiển robot nhận biết đường đèn hồng ngoại sử dụng Arduino.Đề tài thiết kế nhằm ứng dụng vào chế tạo ô tô tự lái sử dụng khu du lịch với việc chạy đường cố định sử dụng đèn hồng ngoại để xác định tuyến đường Mục tiêu Robot hoạt động tốt, vận tốc tối đa dự kiến 0,16 m/s, hoạt động xác bám đường Mạch nhỏ gọn, trọng tải Robot < 1kg Giá thành hợp lý Có thể hoạt động xác chuyển trắng-đen sang đen –trắng ngược lại Xe có khả tự dịch chuyển, tự vận động điều khiển tự động để thực thành công cơng việc giao u cầu chức Có khả thay đổi thiết lập hệ thống thiển thị trạng thái Có khối nguồn cung cấp ổn định dễ dàng thay Có khả nhận tín hiệu báo nhận đường Có khả điều khiển tốc độ bánh xe linh hoạt Đi nhanh đường thẳng Giảm tốc khúc cua Độ trễ < 1s Yêu cầu phi chức Mềm dẻo việc thay đổi cấu trúc thông số hệ thống tự động Độ xác cao Khả chống nhiễu tốt LỚP DCDL21 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HT CƠ ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG Dễ dàng tự động hóa II TÍNH TỐN CƠ CẤU CHẤP HÀNH Sơ đồ khối mạch Hình Sơ đồ khối - Khối nguồn: cung cấp nguồn điện 6V DC cho khối khác làm việc - Khối cảm biến: gồm senser hồng ngoại có nhiệm vụ nhận biết đường - Khối xử lý trung tâm: Arduino R3 lấy liệu từ khối cảm biến phát lệnh điều khiển khối chuyển động - Khối động cơ: gồm bốn động chiều điều khiển hai bánh xe sau Mơ tả hoạt động robot Hình 3: Mô tả hoạt động robot LỚP DCDL21 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HT CƠ ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG Linh kiện tìm hiểu chi tiết linh kiện 3.1 Khối điều khiển Nhiệm vụ : - Điều khiển hệ thống hoạt động, xử lý thông tin từ sensor báo sau điều khiển hoạt động động - Reset hệ thống trở trạng thái ban đầu - Tạo xung nhịp Để đơn giản việc thực hiện, nhóm em chọn module Arduino UNO R3 để đảm nhận khối xử lí trung tâm Module Arduino bo mạch vi xử lý dùng để lập trình tương tác với thiết bị phần cứng cảm biến, động cơ, đèn thiết bị khác Đặc điểm bật Arduino môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với ngôn ngữ lập trình học cách nhanh chóng với người am hiểu điện tử lập trình Và điều làm nên tượng Arduino mức giá thấp tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm Bo mạch ArduinoUNO bo mạch thơng dụng ArduinoUno sử dụng chip Atmega328 có 14 port IN/OUT digital, port analog , thạch anh dao động 16Mhz Ưu điểm sử dụng Arduino UNO R3 - Arduino dùng với mục đích phát triển ứng dụng nhanh ứng dụng có code phức tạp mã nguồn mở arduino lớn - So với vi điều khiển khác pic hay msp code arduino dễ nhiều giúp cho người dùng dễ dàng sử dụng tối ưu hóa thời gian thực Nên bọn e chọn Arduino UNO R3 làm khối xử lý trung tâm cho đề tài Thông số kĩ thuật: - Vi điều khiển: Atmega328 họ 8bit - Điện áp hoạt động: 5V DC ( cấp qua cổng USB ) - Điện áp khuyên dùng: 7-12V DC - Điện áp giới hạn : 6-20V DC - Số đầu vào/ra số: 14 (6PWM) - Đầu vào tương tự: (độ phân giải 10 bit ) - Dòng điện vào/ra số: 40 mA - Dòng điện tiêu thụ: 30mA LỚP DCDL21 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HT CƠ ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG - Bộ nhớ flash: 32 KB (ATmega328) với 0,5KB dung bootloader - Tần số hoạt động : 16 MHz Sơ đồ chân ArduinoUNO Hình 4: UNO R3 - USB (1): Arduino sử dụng cáp USB để giao tiếp với máy tính Thơng qua cáp USB Upload chương trình cho Arduino hoạt động, ngồi USB cịn sử dụng nguồn cấp cho Arduino - Nguồn cấp chiều cho Arduino UNO (2,3), 7÷12V - Đầu vào tương tự (4), A0÷A5 - Đầu vào/ra số (5,6), D0÷D13 Bộ nhớ - 32KB nhớ flash: đoạn lệnh lập trình lưu trữ nhớ Flash vi điều khiển Thường có khoảng vài KB số dùng cho bootloader đừng lo,hiếm cần 20KB nhớ đâu - 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị biến khai báo lập trình lưu Khi khai báo nhiều biến cần nhiều nhớ RAM Tuy vậy, nhớ RAM lại trở thành thứ phải bận tâm Khi điện, liệu SRAM bị - 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): giống ổ cứng mini – nơi mà đọc ghi liệu vào mà khơng phải lo bị cúp điện giống liệu SRAM LỚP DCDL21 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HT CƠ ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG Các PIN 5, 7, 9, 11 đầu vào tích cực Các PIN 1, 2, 13, 14 chân đầu PIN 12 chân cấp nguồn 3.2.2.4 Nguyên lý làm việc LM339 Cách làm việc IC so sánh vi sai tương tự IC so sánh khác Mỗi COM có ba chân Các chân đầu vào đảo ngược (-IN) không đảo (+ IN) Chúng kết nối điện áp đầu vào dương với thiết bị đầu cuối khơng đảo tín hiệu đầu vào âm với chân không đảo Nếu điện áp chân -IN lớn chân + IN điện áp bù, đầu mức logic Tương tự, điện áp chân + IN cao -IN đầu nối bù, tín hiệu mức cao logic xuất chân đầu 3.2.2.5 Một số tính IC LM339 Bốn so sánh có nhiễu thấp Hoạt động từ nguồn điện đơn nguồn điện kép dải điện áp rộng Đối với hoạt động đơn, giá trị điện áp cung cấp phải nằm khoảng từ +3.0 V đến +36 V Trong trường hợp cung cấp kép, phạm vi + 18V -18V Nó có dịng điện xu hướng đầu vào thấp, dịng điện bù điện áp bù Thiết bị tương thích với dạng logic TTL, MOS CMOS Nó cung cấp dịng điện cung cấp thấp, thường 0,8mA Giá trị khơng phụ thuộc vào nguồn điện áp Phạm vi điện áp đầu vào chế độ chung mà IC thực hoạt động bình thường bao gồm đất điều chỉnh từ điện áp nguồn Điện áp bão hòa đầu thường 130mV 4mA Ưu điểm cảm biến hồng ngoại Led hồng ngoại loại cảm biến sử dụng phổ biến, ngun lí hoạt động đơn giản mà hồn tồn phù hợp với chức bám đường robot giá thành thấp LỚP DCDL21 13 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HT CƠ ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG 3.3 Module L298N Module điều khiển motor L298N loại có sẵn ốc gắn sử dụng IC điều khiển L298N điều khiển động chiều động bước pha Module L298N loại 1: + Được thiết kế chắn, có sẵn chỗ bắt ốc vào mơ hình + Có gắn tản nhiệt chống nóng cho IC, giúp IC điều khiển với dòng đỉnh đạt 2AIC L298N gắn với ốt board giúp bảo vệ vi xử lý chống lại dòng điện cảm ứng từ việc khởi động/ tắt động Hình 10: Hình ảnh module L298N DC motor “+” stepper motor A+ DC motor “-” stepper motor A3 12V jumper – tháo jumper sử dụng nguồn 12V Jumper dùng để cấp nguồn cho IC ổn áp tạo nguồn 5V nguồn 12V làm cháy IC Nguồn Cắm dây nguồn cung cấp điện áp cho motor vào từ 6V đến 35V Cắm chân GND nguồn vào Ngõ nguồn 5V, jumper đầu vào không rút Chân Enable Motor 1, chân dùng để cấp xung PWM cho motor dùng VDK rút jumper cắm chân PWM vào Giữ nguyên dùng với động bước IN1 IN2 10 IN3 LỚP DCDL21 14 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HT CƠ ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG 11 IN4 12 Chân Enable Motor 2, chân dùng để cấp xung PWM cho motor dùng VDK rút jumper cắm chân PWM vào Giữ nguyên dùng với động bước 13 DC motor “+” stepper motor B+ 14 DC motor “-” stepper motor BTHƠNG SỐ KỸ THUẬT Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H Điện áp điều khiển : +5V ~ +12 V Dòng tối đa cho cầu H :2A Điện áp tín hiệu điều khiển : +5 V ~ +7 V Dịng tín hiệu điều khiển : ~ 36Ma Cơng suất hao phí : 20W (khi nhiệt độ T = 75 °C) Nhiệt độ bảo quản : -25°C ~ +130 3.4 Khối chuyển động Động mà nhóm sử dụng động chiều (DC motor) Động chiều có cấu tạo từ hai phận: Bộ phận đứng yên có cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu gọi Stato phận quay cấu tạo từ nam châm nhân tao có cấu tạo từ cuộn dây đồng có lõi kim loại gọi Rotor Hình 11: Động DC Hình 12: Hoạt động motor DC Khi cho dòng điện chiều qua motor khiến motor quay theo chiều hình bên trái Khi ta đảo cực dòng điện động chiều hình bên phải Động DC cho dòng điện chiều chạy qua làm quay Roto dẫn đến motor quay, ta đổi chiều dòng điện motor quay theo chiều ngược lại Do điểu chỉnh hướng quay motor Đặc tính kỹ thuật hầu hết động motor tốc độ quay( Vòng/ phút) cao moment ngẫu lực thấp Nhưng mà hầu hết Robot cần tốc quay chậm moment ngẫu lực cao Do hộp số lắp vào DC LỚP DCDL21 15 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HT CƠ ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG motor nhằm giảm tốc độ quay làm tang moment ngẫu lực Trên hộp số thường ghi rõ số truyền động trước sau hộp số Ví dụ: Tốc độ quay DC motor 1000 vòng/Phút gắn vào hộp số 1000/1 Có nghĩa tốc độ quay đầu hộp số 1/1000 tốc độ DC motor chưa gắn hộp số => Vận tốc hộp số vận tốc DC motor chia cho 1000 Điều xung PWM, điều chỉnh vận tốc cho động Điều xung PWM khâu quan trọng thiếu thiết kế Robot Qua bạn điều khiển linh hoạt cho DC motor từ dùng hàm vận tốc robot bám theo vạch trắng Điều xung nói chung cách bật tắt nguồn điện motor liên tục motor lúc nhận điện Lúc điện Khi tần số đủ cao motor quay ổn định tốc độ nhờ moment quay bánh xe Xung vuông đồ thị biểu trạng thái nguồn điện Nguồn mở motor hoạt động lúc xung trạng thái cao, nguồn tắt motor dừng lại lúc motor trạng thái thấp Tốc độ motor tỉ lê trung bình với độ dài xung vuông Sau số trạng thái hoạt động: Hình 13 Điều xung PWM Ta xem xung , xung dù 20% , 50% hay 80% có hai trạng thái 12V 0V 12V gọi trạng thái cao mức motor quay Còn 0V trạng thái thấp , trạng thái motor có điện áp dừng Biểu đồ xung , tổng phần trăm trạng thái cao trạng thái thấp 100% Và số 20% hay 50%, 80% xung cao Cho nên phần trăm thấp 100%-% xung cao Nếu độ dài xung rộng tốc độ motor cao đạt tốc độ cao motor gửi đến xung 100% motor dừng có 0% gửi tới LỚP DCDL21 16 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HT CƠ ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG 3.5 Khối nguồn Khối nguồn có chức cung cấp lượng cho tất thiết bị linh kiện robot hoạt động Để cung cấp nguồn lượng cho robot ta có nhiều lựa chọn như: Pin thường, pin sạc, ac-quy adapter Hình 14: số nguồn thông dụng Đây thiết bị thông dụng nay, so sánh chút ưu-nhược điểm So sánh số nguồn thông dụng Ngồn Ưu điểm Nhược điểm Pin thường Giá rẻ ~2000/1 pin, trọng lượng nhỏ ~25g, Chỉ sử dụng lần Khích thước gọn h=50.5, d=14.5 (mm) Dung lượng nhỏ Di động 600-1000 (mAh) loại pin R6 Nhanh hết pin Điện áp nhỏ 1.5V/pin Pin sạc Tái sử dụng lên tới ~1500 lần (pin sạc AA), trọng Giá thành vừa lượng nhỏ ~31g , dung lượng có loại cao >4000 cao (mAh) kích thước gọn gần pin thường cho phép 200.000đ/ 4pin khả di chuyển linh động Điện áp cao pin thường LỚP DCDL21 17 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HT CƠ ĐIỆN TỬ Ac-quy TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG Tái sử dụng nhiều lần - Kích thước lớn Dung lượng cao ( vd: Ắc quy SUNCA RB45C 6V) - Trọng lượng lớn Có dung lượng cao 4500 mAh - Không phù hợp Giá thành trung bình Ắc quy SUNCA RB45C 6V với xe mơ hình 80.000đ mini Di động Cung cấp lượng ổn định Adapter Không di động Giá thành đa dạng tùy vào chủng loại xuất xứ, trung bình khoảng vài chục nghìn cao chút Kích thước nhỏ Điện áp đa dạng (5V,6V,9V,12V ) Bảng 1: So sánh số nguồn Lựa chọn ngồn Để đáp ứng yêu cầu mạch nhỏ gọn, khối lượng robot nhẹ di chuyển linh hoạt đặc biệt robot làm việc khoảng thời gian định Nhóm em định sử dụng loại pin xạc Khối chuyển động hoạt động với 5-12V nhóm em chọn loại pin xạc có điện áp nằm khoảng cho phép hoạt động robot Khối xử lí hoạt động 5V khối truyền nhận, khối cảm biến chung nguồn với khối xử lí 3.6.1 Mơ hình PID áp dụng cho robot dị đường Giải thuật PID tích hợp vào giải thuật điều khiển robot dị đường để tính tốn xuất giá trị PWM điều khiển động gắn với bánh sau robot dựa vào độ sai lệch giá trị đo đạc ngõ vào giá trị mong muốn Độ sai lệch, hay gọi giá trị lỗi, tính tốn giải thuật PID độ lệch trạng thái robot so với đường Có nghĩa là, độ sai lệch giá trị cảm biến so với giá trị cảm biến trường hợp robot chạy thẳng ph a trước Việc áp dụng giải thuật PID robot dò đường sử dụng cảm biến quang trình bày sơ đồ khối hình Hình 15: Sơ đồ khối ứng dụng giải thuật PID vào robot dò đường LỚP DCDL21 18 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HT CƠ ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG Trước đề cập ứng dụng giải thuật PID vào robot dò đường, tác giả đưa định nghĩa thuật ngữ liên quan Vị trí mục tiêu Vset: trung tâm đường đi, vị trí mà ta muốn robot hướng đến Vị trí thực Vmo(t): vị trí thực robot, lệch bên trái lệch bên phải so với đường robot Lỗi e(t): độ sai lệch vị trí mục tiêu vị trí thực robot, giá trị âm dương 0, tính theo công thức Hệ số Kp, Ki, Kd số tương ứng sử dụng để điều chỉnh ảnh hưởng khâu tỉ lệ, khâu tích phân khâu vi phân 3.6.2 Giải thuật PID Giải thuật PID chuỗi phép toán để xác định giá trị khâu điều khiển tỉ lệ, khâu điều khiển vi phân khâu điều khiển t ch phân Sau đó, kết hợp giá trị lại với xuất giá trị điều rộng xung PWM để điều khiển động bánh sau robot Khâu điều khiển tỉ lệ t nh toán độ lệch robot, xác định robot lệch phải hay lệch trái đường xuất giá trị PWM để điều khiển hai động giúp robot quay vị trí mục tiêu Độ lệch : e(n) = Vmo(n) – Vset Đáp ứng khâu tỉ lệ : P(n) = Kp e(n) Trong : n số lần lấy mẫu Thiết kế thi cơng robot dị đường sử dụng thuật tốn PID Hằng số Kp lớn điều chỉnh lớn lỗi lớn Ngược lại, Kp nhỏ đáp ứng điều chỉnh nhỏ lỗi Khâu điều khiển tích phân tính tốn dựa sai số t ch lũy theo thời gian Robot lệch xa đường sai số t ch lũy lớn Khâu thể khứ robot có bám đường tốt hay khơng Sai số tích lũy: E(n) e(n) n1 Đáp ứng khâu t ch phân: I(n)= Ki E(n) (11) Trong : n số lần lấy mẫu Khâu vi phân tính tốn dựa sai số Khâu cho biết tốc độ robot dao động qua lại đường Tốc độ dao động: ∆e(n) = e(n) – e(n-1) (12) Đáp ứng khâu vi phân: D(n) = Kd ∆e(n) (13) Cuối cùng, giá trị PWM để xuất điều khiển cho động điều khiển hoạt động robot PWM = P(n) + I(n) + D(n) = Kp e(n) + Ki I(n) + Kd D(n) PWM = Kp [Vmo(n) – Vset] + Ki e(n)+ Kd [e(n) – e(n-1)] n1 3.6.3 Hiệu chỉnh thuật toán PID Khi sử dụng giải thuật PID để điều khiển robot dò đường, kết ban đầu cho thấy robot hoạt động kh ng mong đợi Trường hợp lý giải giá trị hệ số Kp, Ki Kd chưa phù hợp Mỗi robot có đặc tính vật lý khác hệ số phải thay đổi để phù hợp Phần tiếp theo, tác giả đề xuất bước thực nghiệm đơn giản để xác định hệ số Kp, Ki Kd LỚP DCDL21 19