Thiết kế hệ thống Cơ điện tử- Robot Vượt địa hình

Thiết kế hệ thống Cơ điện tử- Robot Vượt địa hình Robot vượt địa hình có thể được sử dụng để khám phá và khai thác mỏ trong môi trường đáy hồ, hang động, hoặc các khu vực khó tiếp cận khác.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ ĐIỆN TỬ

BÀI TẬP LỚN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Đề tài: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử Robot vượt địa hình

Giáo viên hướng dẫn TS Phan Đình Hiếu

Sinh viên thực hiện Nguyễn Vũ Phương Anh 2021605022

Nguyễn Tuấn Anh 2021604496

Hà Nội - 2024

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH ẢNH 3

DANH MỤC BẢNG BIỂU 5

LỜI MỞ ĐẦU 6

NỘI DUNG 1 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 7

1.1 Nhu cầu thị trường 7

1.2 Khảo sát thị trường 8

1.3 Giới thiệu robot vượt địa hình 11

1.4 Lên ý tưởng thiết kế 12

1.5 Thiết lập danh sách yêu cầu: 13

NỘI DUNG 2 THIẾT KẾ SƠ BỘ 16

2.1 Xác định các vấn đề cơ bản 16

2.2 Thiết lập cấu trúc chức năng: 13

2.2.1 Chức năng tổng thể 19

2.2.2 Các chức năng con 30

2.3 Phát triển cấu trúc làm việc 35

2.3.1 Nguyên lý làm việc: 35

2.3.2 Kết hợp các nguyên lý làm việc 37

2.4 Lựa chọn cấu trúc làm việc 38

2.4.1 Lựa chọn biến thể phù hợp 38

2.4.2 Đánh giá các biến thể giải pháp nguyên tắc 38

NỘI DUNG 3 THIẾT KẾ CỤ THỂ 42

3.1 Xác định các phương án, yêu cầu và các ràng buộc không gian 42

3.2 Thiết kế sơ đồ hệ thống 43

3.3 Xác lập các layout thô 44

3.3.1 Bố trí hình học - Phân bổ không gian 44

3.3.2 Bản vẽ lắp ráp cơ cấu 48

3.3.3 Cơ cấu chuyển động 48

3.3.4 Hệ thống điện 50

3.3.5 Mô hình hóa 51

3.4 Thiết kế cơ khí 53

3.5 Linh kiện, module điện - điện tử 56

3.5.1 Cơ cấu chuyển động 56

3.5.2 Truyền thông 57

3.5.3 Hệ thống camera 60

3.5.4 Hệ thống điện-điều khiển 62

3.5.5 Nguồn điện 65

3.6 Lưu đồ thuật toán 67

KẾT LUẬN 69

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

PHỤ LỤC……… 70

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Các ngành công nghiệp 8

Hình 1.2 Nhu cầu sử dụng robot vượt địa hình 8

Hình 1.3 Yêu cầu về khả năng vượt địa hình 9

Hình 1.4 Yêu cầu về hiệu suất và khả năng làm việc 9

Hình 1.5 Yêu cầu về an toàn và độ tin cậy 10

Hình 1.6 Giá thành của sản phẩm 10

Hình 1.7 Robot vượt địa hình hiện đại hiện nay 11

Hình 2.1 Chức năng tổng thể của robot vượt địa hình 19

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc chức năng của robot vượt địa hình 20

Hình 2.3 Cấu trúc chức năng con điều khiển từ xa 30

Hình 2.4 Cấu trúc chức năng con lấy nguồn 30

Hình 2.5 Cấu trúc chức năng con lưu trữ năng lượng 31

Hình 2.6 Cấu trúc chức năng con bảo vệ hệ thống điện 31

Hình 2.7 Cấu trúc chức năng con xử lý và điều khiển 32

Hình 2.8 Cấu trúc chức năng con giám sát vị trí robot 32

Hình 2.9 Cấu trúc chức năng con điều khiển tốc độ quay động cơ 33

Hình 2.10 Cấu trúc chức năng con điều khiển tốc độ quay động cơ 33

Hình 2.11 Cấu trức chức năng giám sát chiều cao vật cản 34

Hình 2.12 Cấu trúc chức năng kiểm soát độ sụt lún 34

Hình 2.13 Cấu trúc chức năng vượt địa hình 35

Hình 2.14 Cấu trúc chức năng chiếu sáng 35

Hình 2.15 Cấu trúc chức năng ghi hình ảnh 35

Hình 2.16 Sơ đồ cây đánh giá biến thể giải pháp 39

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống robot vượt địa hình 43

Hình 3.2 Phác thảo sơ bộ hình dạng robot 44

Hình 3.3 Bố trí sơ bộ các bộ phận bên trong robot 45

Hình 3.4 Layout thô của robot vượt địa hình 46

Hình 3.5 Quy trình chế tạo robot 47

Hình 3.6 Bản vẽ lắp ráp robot vượt địa hình 48

Hình 3.7 Phác thảo sơ bộ cụm bánh xe chuyển động 48

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý robot 4 bánh chủ động 49

Hình 3.9 Cơ cấu di chuyển của robot 50

Hình 3.10 Sơ đồ khối mạch điện robot 51

Hình 3.11 Sơ đồ khối mạch điện điều khiển từ xa 51

Hình 3.12 Mô hình động học robot 4 bánh chủ động visai 52

Hình 3.13 Mô hình động học robot 4bánh chủ động visai 53

Hình 3.14 Mô tả 3D robot vượt địa hình 54

Hình 3.15 Góc nhìn sau của robot 54

Hình 3.16 Bản vẽ chi tiết cơ khí của Robot 55

Hình 3.17 Động cơ DC 24v 56

Hình 3.18 Mạch điều khiển động cơ DC Motor Driver XY-160D 57

Hình 3.19 Module Bluetooth 58

Hình 3.20 Cảm biến siêu âm 59

Hình 3.21 Module camera 60

Hình 3.22 Module thu hình ảnh 5.8Ghz 61

Hình 3.23 Định vị GPS 62

Hình 3.24 Arduino Nano 62

Hình 3.25 Đèn led 63

Hình 3.26 Module vi điều khiển Arduino Nano 64

Hình 3.27 Module GPS 64

Hình 3.28 Pin 12v – 18Ah 65

Hình 3.29 Mạch bảo vệ cell pin 6S 24V 66

Hình 3.30 Sạc cho robot 66

Hình 3.31 Lưu đồ thuật toán robot vượt địa hình 68

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Bảng danh sách yêu cầu 13

Bảng 2.1 Nguyên lý làm việc cho từng chức năng robot vượt địa hình 36

Bảng 2.2 Đánh giá các biến thể 40

Bảng 3.1 Mô tả một số chức năng và nhiệm vụ đặt ra cho các nhóm thiết kế 47

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật động cơ 56

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật mạch công suất 58

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật module bluetooth 60

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật cảm biến siêu âm 61

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật camera 62

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật servo 63

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật GPS 64

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật đèn led 65

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật arduino nano 66

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật pin 67

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây ngành cơ điện tử có những bước phát triển vượt bậc, việc ứng dụng các sản phẩm cơ điện tử vào sản xuất ngày càng phổ biến giúp nâng cao năng suất lao động và hạ giá thành sản phẩm

Song song với quá trình phát triển đó là yêu cầu ngày càng cao về độ chính xác, tin cậy, khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt với thời gian dài của các hệ thống

cơ điện tử Vì vậy việc nghiên cứu và thiết kế các hệ thống cơ điện tử để đáp ứng được yêu cầu trên là việc làm cần thiết Sự phát triển của hệ thống cơ điện tử là sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới

Học phần Thiết kế hệ thống cơ điện tử được đưa vào giảng dạy với mục đích giúp sinh viên có kiến thức và tư duy trong việc lập kế hoạch công việc theo trình tự hợp lý để

có thể thiết kế được một hệ thống cơ điện tử hoạt động ổn định, tối ưu và hiệu quả Học phần cũng rèn luyện cho sinh viên khả năng tư duy hệ thống, kỹ năng làm việc nhóm và kiến thức về nhiều mảng khác nhau, giúp ích cho học tập và công việc sau này

Sau quá trình học tập và tự tìm hiểu về học phần, nhóm sinh viên đã lựa chọn và hoàn thành báo cáo bài tập lớn với đề tài: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử “Robot vượt địa hình” Đây là một đề tài hay và có tính ứng dụng cao trong đời sống đồng thời cũng là cơ sở cho những nghiên cứu và sản phẩm sau này của sinh viên

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

1.1 Nhu cầu thị trường

Các ngành công nghiệp như khai thác mỏ, nông nghiệp, xây dựng, và quân sự thường

có nhu cầu sử dụng robot vượt địa hình để thực hiện các nhiệm vụ trong môi trường khắc nghiệt và khó tiếp cận [1]

Khai thác mỏ: Robot vượt địa hình có thể được sử dụng để khám phá và khai thác

mỏ trong môi trường đáy hồ, hang động, hoặc các khu vực khó tiếp cận khác Chúng có thể thực hiện công việc như khảo sát địa chất, vận chuyển vật liệu, giám sát an toàn và thực hiện công việc sửa chữa

Nông nghiệp: Robot vượt địa hình có thể hỗ trợ trong việc quản lý đất, kiểm soát môi trường và thu hoạch trong môi trường nông nghiệp khắc nghiệt như ruộng lúa, vườn trái cây hoặc đồng cỏ Chúng có thể thực hiện các nhiệm vụ như phun thuốc trừ sâu, tưới nước, thu hoạch tự động và giám sát vùng đồng cỏ

Xây dựng: Trong ngành xây dựng, robot vượt địa hình có thể hỗ trợ trong việc thực hiện các nhiệm vụ khó khăn như di chuyển vật liệu xây dựng trên địa hình gồ ghề, nghiên cứu và khảo sát môi trường xây dựng, hoặc thực hiện công việc xây dựng trong các khu vực khó tiếp cận [2]

Quân sự: Robot vượt địa hình được sử dụng trong quân sự để thực hiện các nhiệm

vụ như khám phá môi trường chiến trường, vận chuyển hàng hóa, cung cấp hỗ trợ y tế và sửa chữa, hoặc thực hiện các nhiệm vụ trinh sát và giám sát

Năng lượng: Trong ngành năng lượng, robot vượt địa hình có thể được sử dụng để kiểm tra và bảo trì các cấu trúc hạ tầng năng lượng như giàn khoan dầu khí, công trình điện gió, hoặc các trạm điện mặt trời Chúng có khả năng di chuyển trên địa hình gồ ghề và thực hiện các nhiệm vụ kiểm tra, sửa chữa và giám sát

Khám phá và khoa học: Robot vượt địa hình có thể được sử dụng để khám phá các khu vực hoang dã, môi trường địa chất đặc biệt, hoặc nghiên cứu khoa học trong môi trường khắc nghiệt Chúng có khả năng thu thập dữ liệu, mẫu vật và giám sát môi trường một cách hiệu quả

Cứu hộ và cứu nạn: Trong các tình huống cứu hộ và cứu nạn, robot vượt địa hình có thể được sử dụng để tìm kiếm và cứu hộ trong môi trường khắc nghiệt như vùng núi, vùng

lũ lụt hoặc các khu vực nguy hiểm Chúng có khả năng di chuyển an toàn và cung cấp trợ giúp đến những khu vực mà con người khó tiếp cận

Nhu cầu sử dụng robot vượt địa hình

Khám phá môi trường tự nhiên Cứu hộ

Vận chuyển hàng hóa trong khu vực khó tiếp cận

Công việc xây dựng trên địa hình gồ ghề

Khai thác mỏ 56%

Nông nghiệp 25%

Xây dựng 13%

Quân sự 6%

Các ngành công nghiệp

Khai thác mỏ Nông nghiệp Xây dựng Quân sự

Hình 1.1 Các ngành công nghiệp

Hình 1.3 Yêu cầu về khả năng vượt địa hình

Hình 1.4 Yêu cầu về hiệu suất và khả năng làm việc

26%

28%

35%

11%

Yêu cầu về khả năng vượt địa hình

Khả năng di chuyển trên địa hình gồ ghề

Khả năng vượt qua chướng ngại vật

Khả năng chịu được môi trường khắc nghiệt như nước, bùn, đá Khả năng làm việc trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt

Hình 1.5 Yêu cầu về an toàn và độ tin cậy

1.3 Giới thiệu robot vượt địa hình

Robot là một loại máy có thể thực hiện công việc một cách tự động bằng sự điều khiển của máy tính hoặc các vi mạch điện tử được lập trình Robot được lập trình sẵn theo một trình tự nhất định và sử dụng mục đích phục vụ công việc lắp ráp, sản xuất hoặc chế biến sản phẩm Robot hỗ trợ rất nhiều cho con người, đặc biệt là trong những môi trường khắc nghiệt, độc hại và nguy hiểm [3]

Trong đó, Robot vượt địa hình có nhiều lợi ích trong quân sự, trong nghiên cứu Nó

có khả năng thăm dò những khu vực mà con người không đến được thậm chí trong khám phá vũ trụ Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật Cộng với nhu cầu con người ngày càng cao, tiềm năng ứng dụng của robot địa hình quân sự càng rộng lớn Có thể kể tới một vài ứng dụng của robot như:

- Kiểm tra trong các môi trường nguy hiểm, khắc nhiệt những nơi nhiễm khí độc, môi trường nước, các đường ống ngầm…

- Dùng trong lĩnh vực quân sự, robot do thám…

- Một ưu điểm khác của robot địa hình quân sự phải kể đến là tính linh hoạt và thích nghi khi làm việc ở những vị trí và địa hình khác nhau, điều này mở ra cho robot vượt địa hình quân sự có thêm nhiều ứng dụng mới

Hình 1.7 Robot vượt địa hình hiện đại hiện nay

1.4 Lên ý tưởng thiết kế

-Nhằm mục đích để di chuyển và hoạt động ở các môi trường có địa hình phức tạp, gồ ghề, không bằng phẳng như đồi núi, sườn dốc, hay trong rừng rậm ẩm thấp hoặc địa hình sa mạc, nhằm phục vụ các hoạt động do thám, tìm kiếm, quan trắc các môi trường khắc nghiệt ngoài thiên nhiên, phục vụ cho các hoạt động nghiên cứu

-Động cơ và khả năng di chuyển: Xác định loại động cơ phù hợp và hệ thống di chuyển cho robot vượt địa hình Các tùy chọn có thể bao gồm bánh xe, chân, chân bánh xe, hay cả ba loại để cung cấp sự ổn định và khả năng vượt qua địa hình đa dạng

-Khả năng chống sốc và chống nước: Thiết kế robot với khả năng chống sốc để chịu được

va đập và rung động trong môi trường khắc nghiệt Hơn nữa, nếu ứng dụng yêu cầu, đảm bảo robot có khả năng chống nước, chống bụi và chịu được môi trường ẩm ướt hoặc dưới nước

-Cảm biến và hệ thống điều khiển: Bao gồm các cảm biến như cảm biến siêu âm, camera hình ảnh và hệ thống định vị để giúp robot phân loại địa hình, tránh vật cản và điều khiển

di chuyển một cách chính xác

-Thiết kế cơ học: Xây dựng một khung gầm cứng với vật liệu chất lượng cao và nhẹ để giảm trọng lượng và tăng độ bền của robot Đồng thời, thiết kế các cơ cấu chuyển động, cơ cấu nâng hạ và các bộ phận cần thiết khác để đáp ứng các nhiệm vụ và yêu cầu cụ thể -Pin và nguồn năng lượng: Lựa chọn nguồn năng lượng phù hợp cho robot, chẳng hạn như pin lithium-ion hoặc pin nhiên liệu, để đảm bảo thời gian hoạt động lâu dài và hiệu suất tốt trong môi trường khắc nghiệt

-Giao diện robot: Thiết kế một giao diện robot dễ sử dụng và tương tác để người điều khiển

có thể điều khiển robot một cách hiệu quả và theo dõi các thông số hoạt động

-Tích hợp công nghệ thông tin: Xem xét tích hợp các công nghệ thông tin như hệ thống định vị GPS, kết nối mạng không dây, cảm biến hình ảnh và video, và hệ thống xử lý dữ liệu để thu thập, xử lý và truyền dữ liệu một cách hiệu quả Điều này có thể cung cấp thông tin thời gian thực về địa hình, môi trường và các thông số khác cho người điều khiển và hỗ trợ quyết định trong quá trình hoạt động

-Bảo trì và sửa chữa dễ dàng: Thiết kế robot với khả năng dễ dàng bảo trì và sửa chữa Cung cấp khả năng truy cập và thay thế các thành phần và linh kiện dễ dàng, giảm thời gian tắt máy và đảm bảo sự liên tục trong hoạt động

-An toàn và bảo mật: Đảm bảo rằng robot vượt địa hình được thiết kế với các biện pháp an toàn và bảo mật, bao gồm cơ chế ngăn chặn va chạm, cơ chế bảo vệ quyền riêng tư và bảo mật dữ liệu, và các biện pháp bảo vệ khác để đảm bảo hoạt động an toàn và đáng tin cậy [4]

-Chi phí và hiệu quả kinh tế: Xem xét các yếu tố về chi phí và hiệu quả kinh tế trong quá

trình thiết kế robot vượt địa hình Đảm bảo rằng giá thành sản xuất và vận hành robot là hợp lý và cạnh tranh trên thị trường Tìm hiểu về giá trị gia tăng mà robot có thể mang lại cho khách hàng và tính toán kỳ vọng về lợi nhuận để đảm bảo rằng sản phẩm có thể được thị trường chấp nhận và mang lại lợi ích kinh tế [5]

1.5 Thiết lập danh sách yêu cầu:

Bảng-1.1 Bảng danh sách yêu cầu

Nhóm Danh Sách Yêu Cầu Robot Vượt Địa Hình

Chịu Trách Nhiệm

- Vận tốc di chuyển đường trường tối đa: < 25km/h

- Vận tốc di chuyển vượt chướng ngại vật tối đa:

<5km/h

- Vượt chướng ngại vật có chiều cao: >100 mm

- Khả năng lội nước: < 200 mm

- Cảnh báo pin yếu

- Cảnh báo sắp quá phạm vi hoạt động

- Thử nghiệm các yêu cầu trong danh sách yêu cầu

- Thử nghiệm tính ổn định của hệ thống theo thời gian

W

Giá thành:

- 10.000.000 đến 15.000.000 VND

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SƠ BỘ 2.1 Xác định các vấn đề cơ bản

Giai đoạn 1: Loại bỏ sở thích cá nhân, bỏ qua các yêu cầu không ảnh hưởng trực tiếp

đến chức năng và các ràng buộc cần thiết:

- Vận tốc vượt chướng ngại vật < 5km/h

- Vượt chướng ngại vật có chiều cao >100 mm

- Dễ dàng thao lắp, thay thế các linh kiện hỏng

Giai đoạn 2: Chuyển đổi dữ liệu định lượng thành dữ liệu định tính và giảm chúng

thành các tuyên bố thiết yếu:

- Độ cao rơi an toàn

- Cảnh báo môi trường làm việc quá nhiệt và độ ẩm cho phép

- Cảnh báo khi đi quá phạm vi hoạt động

+ Công thái học:

- Thay thế và tháo lắp các bộ phận dễ dàng

- Thiết kế tối giản, dễ sử dụng

+ Quản lí chất lượng:

- Thử nghiệm các yêu cầu trong danh sách yêu cầu

- Thử nghiệm tính ổn định của hệ thống theo thời gian

- Bình tích điện

- Thời gian hoạt động

- Robot điều khiển từ xa

- Giám sát môi trường, địa hình

Giai đoạn 4: Hình thành vấn đề theo các thuật ngữ trung lập về giải pháp

Thiết kế robot vượt địa hình và thu thập dữ liệu môi trường

2.2 Thiết lập cấu trúc chức năng:

20

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc chức năng của robot vượt địa hình

2.2.2 Các chức năng con

- Điều khiển từ xa:

Hình 2.3 Cấu trúc chức năng con điều khiển từ xa

- Cấp điện:

Hình 2.4 Cấu trúc chức năng con lấy nguồn

Dữ liệu giám sát

Xử lý và điều khiển

Vị trí

Tọa độ robot

Hình 2.7 Cấu trúc chức năng con xử lý và điều khiển

Hình 2.8 Cấu trúc chức năng con giám sát vị trí robot

Xử lý tín hiệu

Hình 2.9 Cấu trúc chức năng con điều khiển tốc độ quay động cơ

Hình 2.10 Cấu trúc chức năng con điều khiển tốc độ quay động cơ

Xử lý và điều khiển

Giám sát vòng quay

điện cơ

Cơ năng

- Giám sát chiều cao vật cản:

Hình 2.11 Cấu trức chức năng giám sát chiều cao vật cản

- Kiểm soát độ sụt lún:

Hình 2.12 Cấu trúc chức năng kiểm soát độ sụt lún

Hình 2.15 Cấu trúc chức năng ghi hình ảnh

2.3 Phát triển cấu trúc làm việc

2.3.1 Nguyên lý làm việc:

Phương pháp được áp dụng để tìm kiếm nguyên tắc làm việc là: Phương pháp thông thường: Thu thập thông tin và phân tích các hệ thống kỹ thuật hiện có

Bảng 2.1 Nguyên lý làm việc cho từng chức năng robot vượt địa hình

Nguồn tuyến tính Nguồn xung

Công tắc ngắt điện khẩn cấp

Công tắc thường

Nhận tín hiệu Bluetooth Sóng Wifi 3G

động

Xích Bánh xe Trục vít-

bánh vít

cơ

Biến đổi công suất

Controller

Stepper Motor Driver

Than

Động cơ

DC

Động cơ Step

17 Giám sát chiều cao vật cản Cảm biến siêu âm Cảm biến

Tránh vật cản Kiểu vi sai Ackerman Kiểu

20 Di chuyển động bánh lăn Chuyển động bánh Chuyển

2.4 Lựa chọn cấu trúc làm việc

2.4.1 Lựa chọn biến thể phù hợp

Biến thể 1:1.2 – 2.1 – 3.1 – 4.1 – 5.1 – 6.1 – 7.1 – 8.2 – 9.2 – 10.1 – 11.2 – 12.2 – 13.2 – 14.1 – 15.1 – 16.1 – 17.1 – 18.1 – 19.2 – 20.1 – 21.2 – 22.2 – 23.2 – 24.1 – 25.1

Biến thể 2:1.1 – 2.2 – 3.3 – 4.2 – 5.2 – 6.2 – 7.2 – 8.2 – 9.1 – 10.2 – 11.1 – 12.2 – 13.2 – 14.1 – 15.1 – 16.2 – 17.2 – 18.2 – 19.1 – 20.2 – 21.1 – 22.1 – 23.1 – 24.2 – 25.2

Biến thể 3:1.2 – 2.3 – 3.2 – 4.3 – 5.3 – 6.1 – 7.3 – 8.1 – 9.1 – 10.2 – 11.3 – 12.1 – 13.1 – 14.2 – 15.2 – 16.1 – 17.2 – 18.3 – 19.3 – 20.3 – 21.3 – 22.3 – 23.3 – 24.2 – 25.1

2.4.2 Đánh giá các biến thể giải pháp nguyên tắc

Để lựa chọn ra được biến thể phù hợp nhất, ta tiến hành xây dựng các tiêu chí để đánh giá và so sánh các biến thể Tuy nhiên độ phức tạp và quan trọng của các tiêu chí để đánh giá là khác nhau, vì thế để có thể bao quát và thấy được mức độ quan trọng của các tiêu chí, ta xây dựng một cây mục tiêu Trong cây mục tiêu bao gồm những tiêu chí đặt ra cho biến thể Trong các tiêu chí lớn có những tiêu chí nhỏ hơn được đặt ra

Các tiêu chí để đánh giá các biến thể:

- Hệ thống hoạt động tin cậy

- Điều khiển ổn định

- Khả năng chuyển đổi năng lượng

- Khả năng quan sát và ghi nhận thông tin

39

Hình 2.16 Sơ đồ cây đánh giá biến thể giải pháp

Sau khi sơ đồ cây được thiết lập, từ các dữ liệu đó ta có bảng tổng hợp đánh giá:

Bảng 3.2 Đánh giá các biến thể

STT Tiêu chí

Điểm tiêu chí

Điểm đánh giá

Biến thể 1 thể 2 Biến thể 3 Biến

Lấy điện nhanh 0.1 8 0.24 8 0.24 7 0.21

Chuyển đổi

AC-DC ổn định

0.1 9 0.27 9 0.27 8 0.24 Nối điện gọn 0.05 7 0.105 6 0.09 6 0.09 Bảo vệ lưu điện 0.1 8 0.24 8 0.24 7 0.21

Hiển thị dung lượng

0.1 8 0.24 8 0.24 8 0.24 Ngắt điện 0.05 7 0.105 8 0.12 8 0.12 Chống ngắn mạch 0.1 8 0.24 7 0.21 8 0.24 Phát khẩn cấp 0.1 7 0.21 7 0.21 8 0.24

Truyền động ổn định

Chuyển đổi điện-

cơ

Biến đổi công suất 0.15 9 0.405 7 0.315 7 0.315 Tạo cơ

năng 0.15 9 0.405 8 0.36 7 0.315 Kiểm soát tốt độ

sụt lún

0.1 7 0.21 8 0.24 7 0.21

Tiêu chí

Tiêu chí con

0.2 8 0.32 8 0.32 8 0.32 Chiếu sáng tốt 0.2 8 0.32 8 0.32 7 0.28

Ghi hình ảnh nét 0.3 8 0.48 7 0.42 7 0.42 Phát tín hiệu tốt 0.3 9 0.54 7 0.42 8 0.48

Kết luận:

Qua quá trình đánh giá ta thấy biến thể số 1 có số điểm đánh giá cáo nhất và xếp hạng tổng thể tốt nhất Điều đó cơ bản chứng tỏ biến thể 1 được tối ưu tốt nhất đối với các tiêu chí đề ra Biến thể 1 do đó đại diện cho một giải pháp nguyên tắc tốt để bắt đầu giai đoạn thiết kế cụ thể

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CỤ THỂ 3.1 Xác định các phương án, yêu cầu và các ràng buộc không gian

a Robot vượt địa hình:

- Kích thước tối đa robot LxWxH : 520x230x90mm

- Khối lượng: m≤18kg

- Vận tốc tối đa: v≤25 km/h

- Chiều cao của địa hình có thể vượt qua: ≤ 30 cm

- Góc nghiêng địa hình so với mặt phẳng ngang mà robot leo lên: ≤ 50O

- Vi điều khiển: các dòng chip cấu trúc ARM như: stm32- arduino nano

- Giải thuật điều khiển: giải thuật điều khiển phổ biến trong các loại mobile robot là

bộ điều khiển PD, PID, FIC cho hệ thống lái kết hợp với PID cho từng động cơ

- Cấu trúc điều khiển: Robot vượt địa hình gồm các module cảm biến và module điều khiển động cơ nên sử dụng cấu trúc điều khiển chủ - tớ Trong đó MCU master(chủ) đảm nhiệm tính toán tổng thể, các MCU slave(tớ) để xử lí các tín hiệu từ cảm biến, điều khiển động cơ, màn hình rồi chuyển dữ liệu về MCU master Cấu trúc này giúp giảm