NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Tìm hiểu và nghiên cứu các phương pháp cân bằng robot xe đạp, từ đó chọn ra phương pháp thích hợp để điều khiển được mô hình thực tế.. Các nội dung cụ thể : Mô hì
BICYROBOT 1.1 Đặt vấn đề
Giới thiệu vấn đề cần nghiên cứu
Xe đạp được phát triển cách đây gần 2 thế kỷ, mở ra kỷ nguyên mới cho những phương tiện di chuyển có bánh hiện đại ngày nay Xe đạp là phương tiện vận chuyển hàng hóa, phương tiện đi lại suốt từ khi được phát minh đến nay Với tình hình ô nhiễm môi trường như hiện nay, các phương tiện di chuyển cá nhân thân thiện với môi trường đang được nghiên cứu rất nhiều
Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu về phương tiện không người lái đã được thực hiện So với ô tô, xe đạp cơ động hơn, sử dụng ít không gian hơn trong khi di chuyển bởi kích thước nhỏ gọn nhưng cũng có những bất lợi nhất định bởi cấu trúc 2 bánh Xe đạp linh hoạt hơn và dễ điều khiển hơn so với bất cứ phương tiện nào khác, có thể di chuyển qua những con hẻm nhỏ hoặc những không gian chật hẹp, trong khi ô tô thì không thể Cấu trúc chính của xe đạp gồm 4 phần: khung xe, hai bánh xe tiếp xúc với mặt đường (được giả sử phẳng và nằm ngang) và một phần không thể tách rời đó là người điều khiển xe (có khối lượng lớn nhất trong toàn bộ hệ thống) Người lái có thể được mô hình hóa gắn chặt với xe hoặc có thể di chuyển ngang, dọc, tác dụng lực vào tay lái Do chỉ có 2 điểm tiếp xúc với mặt đường, xe đạp mặc định đã là hệ thống không ổn định, giống như hệ con lắc ngược.
Ý nghĩa khoa học
Robot tự cân bằng là một hệ thống dựa trên khái niệm hệ thống con lắc ngược, nơi nó thẳng đứng được xoay trên hai bánh xe Nếu không có bộ điều khiển thích hợp, hệ thống tự nó không thể được cân bằng và sẽ ngã Do đó, bản thân nó là một hệ thống không ổn định và tính phi tuyến của nó làm cho vấn đề điều khiển trở nên khó khăn, kết quả là một chủ đề nghiên cứu đầy thách thức được đặt ra.
Ứng dụng thực tiễn
Với những chiếc mô tô PKL nặng thì việc giữ thăng bằng khi chạy ở tốc độ rất chậm đòi hỏi kỹ năng lái xe tốt Việc có một bộ điều khiển giúp xe tự cân bằng khi di chuyển ở tốc độ chậm hoặc khi dừng lại là điều cần thiết
Một phương tiện hai bánh có tên là C1 được phát triển từ công nghệ tự cân bằng của xe ba bánh và có thể là giải pháp hữu hiệu, phù hợp với những ai điều khiển mô tô trong điều kiện đường trơn trượt do điều kiện thời tiết [litmotors.com/c1/] Mẫu xe lý tưởng này do công ty Lit Motors bắt đầu thực hiện từ năm 2012, xe hoạt động bằng điện và có khả năng tự thăng bằng nhờ vào hệ thống cảm biến điện tử, đối trọng đặc biệt nằm dưới gầm xe, thậm chí là xe còn có thể giữ cân bằng ngay cả khi bị húc bởi những phương tiện khác khi di chuyển trên đường Hiện giá bán mà Lit Motors đưa ra cho mẫu xe này là 24.000 USD, tương đương khoảng 530 triệu đồng
Hình 1.1: Thiết kế xe tự cân bằng C-1 của Lit Motors
Ngoài ra, tại triễn lãm Điện tử tiêu dùng vào tháng 6/2017 tại Las Vegas, Honda đã giới thiệu công nghệ hỗ trợ lái, sử dụng công nghệ cho phép xe gắn máy cân bằng với tốc độ chậm mà không cần sử dụng con quay Khi chiếc xe chuyển từ chế độ thông thường sang chế độ tự cân bằng, phuộc trước sẽ được đẩy về phía trước, đưa bánh trước cách xa hơn với phần thân xe Đồng thời các cảm biến sẽ hoạt đồng và đưa dữ liệu về bộ xử lý trung tâm nhằm điều chỉnh thân xe sao cho xe không bị ngã Chiếc xe của Honda không chỉ hỗ trợ tài xế trong việc giữ thăng bằng mà nó còn có thể tự đứng thăng bằng lúc không có tài xế trên xe Các kỹ sư của Honda nhận ra rằng nếu một chiếc xe có thể “tự đứng” thì tại sao lại không cho phép nó có thể tự lái Honda đã ứng dụng những nghiên cứu từ thiết bị di chuyển cá nhân Uni-Cub vào các vấn đề của đời thực
Hình 1.2: Xe máy tự cân bằng của hang Honda với hệ thống hỗ trợ lái
Các công trình nghiên cứu liên quan
Trong vài thập kỷ qua, các nhà nghiên cứu đã tìm ra các giải pháp khác nhau để cân bằng động hệ thống bicycle robot Các ý tưởng thực hiện việc này có thể chia làm 4 nhóm chính như sau: Ổn định hồi chuyển, điều khiển góc lái, điều khiển bánh đà, Mass balancing
Sau đây, ta đi tìm hiểu cụ thể các phương pháp điều khiển dựa trên các nhóm cơ bản này
Nhóm phương pháp dựa trên ổn định hồi chuyển (CMG);
Nghiên cứu đầu tiên thực hiện việc ổn định xe đạp bằng con quay hồi chuyển được thực hiện bởi Beznos et al, 1998 [1] Về mặt khái niệm, nghiên cứu này dựa trên ý tưởng cũ về con quay hồi chuyển cân bằng hệ xe chạy trên monorail của Louis Brennan’s và xe của Pyotr Shylovsky’s (đầu thế kỷ 20) Xe được ổn định cân bằng bởi hai bánh đà quay ngược chiều nhau theo hướng đối diện, hai bánh đà được đặt giữa xe (về phía dưới)
Cả sự chuyển động của con quay hồi chuyển cũng như tốc độ của con quay đều góp phần điều khiển cho xe đứng thẳng Việc sử dụng các con quay hồi chuyển nhanh chủ yếu được các tác giả đánh giá cao đến mức độ ổn định liên tục mà phương pháp này có thể tạo ra khi so sánh với điều khiển bánh lái và điều khiển cân bằng khối lượng khi xe dừng hoặc di chuyển chậm
Phạm vi tốc độ mà các tác giả thường nghiên cứu và điều khiển do đó cũng thường ở trạng thái tĩnh và ở tốc độ thấp (