thiết kế line tracking mobile robot

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ …………..o0o………….. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ  ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ LINE-TRACKING MOBILE ROBOT GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN SVTH: Lê Quang Trung Lưu Văn Tuấn Phạm Quang Trung Lê Nguyễn Trọng Hoàng TP. HỒ CHÍ MINH 11/2014 21103861 21103989 21103889 21101228 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN MỤC LỤC I. TỔNG QUAN ......................................................................................... 2 II. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN .................................................................... 3 II.1. Phương án cơ khí.............................................................................. 3 II.2. Phương án điều khiển ....................................................................... 6 II.3. Phương án phần điện ........................................................................ 7 III. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ ..................................................................... 8 III.1. Tính toán công suất – Chọn động cơ ............................................... 8 III.2. Thiết kế điều khiển.......................................................................... 9 III.3. Thiết kế phần điện ......................................................................... 14 III.4. Thiết kế cơ khí .............................................................................. 15 PHỤ LỤC .................................................................................................. 17 P1: Datasheet động cơ FAULHABER 2224SR ........................................... 18 P2: Datasheet hộp giảm tốc FAULHABER 22F ......................................... 20 P3: Datasheet encoder FAULHABER IE2-256 ........................................... 21 P4: Datasheet sensor QRD1113 .................................................................. 24 P5: Datasheet shoulder screws G-GM ......................................................... 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 30 HCMC University Of Technology 1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN Phần I TỔNG QUAN Trong suốt bề dày lịch sử phát triển loài người, hàng triệu phát minh đã ra đời, nhằm làm giảm sức lao động và phục vụ nhu cầu giải trí. Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kĩ thuật, robot ra đời như một hệ quả tất yếu. Một trong những họ robot phát triển rất mạnh với những đặc trưng riêng được ứng dụng ngày càng nhiều chính là mobile robot. Không giống như những cánh tay robot trong công nghiệp chỉ cố định ở một vị trí, mobile robot có tính linh hoạt cao, có khả năng di chuyển trong rất nhiều dạng địa hình và mọi vị trí. Tận dụng ưu điểm này của mobile robot, các nhà phát triển đã và đang dần đưa những chú robot thông minh thay thế con người thực hiện những công việc trong cuộc sống thường ngày. Nhằm tiếp cận với cách giải quyết 1 bài toán thiết kế mobile robot, trong nội dung bài báo cáo sẽ đi tìm hiểu và thiết kế một loại robot cụ thể là robot bám line. Đây là một trong những loại robot thông dụng nhất hiện nay nhờ dễ chế tạo, thiết kế và ứng dụng. Các yêu cầu thiết kế đặt ra:  Vận tốc tâm robot: 0.3 m/s  Sai lệch tối đa so với đường line: 10mm  Bán kính cong nhỏ nhất robot bám được: 0,4m  Thời gian hoạt động: 2h Thông số lựa chọn để thiết kế robot:  Khối lượng robot: m = 2kg  Độ rộng line: wth = 6mm HCMC University Of Technology 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN Phần II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN Yêu cầu:  Vận tốc tâm robot: 0,3 m/s  Sai lệch tối đa so với đường line: 10mm  Bán kính cong nhỏ nhất robot bám được: 0,4m II.1. Phương án cơ khí: a. Số bánh xe: Có nhiều phương án lựa chọn cho số bánh xe chủ động được: 2, 3, 4, 6 bánh.  Xe 6 bánh chủ động có ưu điểm là di chuyển trên địa hình không bằng phẳng, tuy nhiên cấu tạo phức tạp, thường được sử dụng trong khảo sát, cứu hộ.  Xe 3 hay 4 bánh chủ động thì phải sử dụng các loại bánh đặc biệt như là bánh omni hay bánh mecanum nhanh chóng đổi hướng, tuy nhiên độ trượt cao.  2 bánh chủ động được điều khiển bởi 2 động cơ độc lập là phương pháp phổ biến nhất cho loại bánh xe thường. Loại xe này có cấu tạo đơn giản, nhưng đổi hướng khó khăn ở những góc cua phức tạp. Khi sử dụng phương án này cần bố trí thêm 1 bánh xe bị động để đảm bảo việc cân bằng xe dễ dàng. Với yêu cầu di chuyển trên đường line với bán kính cong nhỏ nhất 0,4m, địa hình bằng phẳng, lựa chọn phương án robot 2 bánh chủ động. b. Kích thước bánh xe: Kích thước bánh xe được lựa chọn theo địa hình. Bán kính bánh xe phải đảm bảo gấp ít nhất 3 lần độ cao tối đa của gờ mà xe phải vượt qua. Chiều rộng bánh xe có tác dụng làm giảm áp suất tác dụng lên bánh xe, chiều rộng càng lớn làm giảm áp suất, nhưng làm tăng ma sát. Trong yêu cầu xe chạy không tải, trong địa hình bằng phẳng, lựa chọn là bánh xe có đường kính 65mm, chiều dày 25mm. HCMC University Of Technology 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN c. Lựa chọn bánh bị động: Bánh xe đẩy và bi cầu là 2 phương án lựa chọn cho loại này. Cả 2 đều dễ dàng quay khi xe đổi hướng. Nhược điểm lớn của bi cầu là khi di chuyển trên địa hình không sạch thì dễ bị cát bám vào, gây kẹt bánh xe, đồng nghĩa việc điều khiển xe sẽ không còn dễ dàng. Bánh xe đẩy cho tiếp xúc theo dạng đường, nhưng trong điều kiện chạy không tải thì ma sát cản sinh ra vẫn rất nhỏ. Vậy lựa chọn đặt bánh xe đẩy phía trước hay phía sau xe thì phù hợp? 2 phương án bánh xe bị động điều quay theo hoạt động của bánh chủ động, nhưng bố trí ở phía sau xe sẽ dễ dàng đổi hướng hơn khi lực tác dụng lên bánh là lực kéo. d. Lựa chọn loại cảm biến: Có nhiều loại cảm biến dò đường:  led hồng ngoại  quang điện trở  cảm biến công nghiệp  camera số Cảm biến công nghiệp được chế tạo đáp ứng yêu cầu sử dụng trong môi trường nhiễu lớn. Camera đòi hỏi giải thuật phức tạp, thường được sử dụng dò line phức tạp. Tuy nhiên 2 loại cảm biến này đều có giá thành cao. Cảm biến hồng ngoại và quang trở có giá thành rẻ, cho nhiều chế độ đáp ứng tùy thuộc số sensor, nhưng kết quả phản hồi bị ảnh hưởng bởi môi trường hoạt động. Với môi trường là trong nhà, đường line có bán kính cong nhỏ nhất 0,4m, chọn phương pháp dò line sử dụng cảm biến quang trở. Chọn cảm biến QRD 1113. Với cảm biến sử dụng là cảm biến quang trở, chọn tracking point là trung điểm của 2 sensor ngoài cùng, hoặc tại tâm sensor nếu sử dụng 1 sensor. e. Số cảm biến sử dụng: Yêu cầu: sai số tracking cho phép của robot là 10mm, sensor có bán kính hoạt động là rw = 2mm, bề rộng line là wth = 6mm, L là khoảng cách xa nhất của hai cảm biến ngoài cùng, vậy khoảng cách xa nhất từ của tracking point đến tâm cảm biến ngoài cùng là: HCMC University Of Technology 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN 𝐿 ≤ 10 + 6 + 2 = 18 (𝑚𝑚) 2 Vậy 𝐿 ≤ 36𝑚𝑚, gọi số cảm biến có thể dùng là N, khoảng cách 2 cảm biến là a: 𝐿 = 2.2. 𝑁 + (𝑁 − 1). 𝑎 ≤ 36 => 𝑁 = 𝐿 + 𝑎 36 + 𝑎 32 ≤ = 1+ 4+𝑎 4+𝑎 4+𝑎 Với 𝑎 ≥ 5𝑚𝑚 => 𝑁 ≤ 4 Đồng thời, tốc độ của robot cũng quyết định số cảm biến sử dụng. Tốc độ robot càng cao, càng dễ xảy ra sai số lớn của tracking point so với line. Lúc này đòi hỏi số lượng cảm biến càng nhiều để đưa robot trở lại line. Với yêu cầu tốc độ tại tâm robot là 0,3 m/s, không cần sử dụng quá nhiều cảm biến. Vậy chọn số cảm biến 𝑁 = 4. f. Loại động cơ: Trong tất cả các hệ thống thì cơ cấu chấp hành chính là một trong những nhân tố quan trọng nhất, mà cụ thể ở đây chính là động cơ. Có nhiều phương án lựa chọn động cơ như: DC, DC servo, RC, step motor. Tuy nhiên, để điều khiển mobile robot đạt chính xác vận tốc thì động cơ phải sử dụng là step motor hay DC servo. Tuy nhiên nhược điểm của step motor là công suất thấp. Chính vì vậy động cơ lựa chọn là DC servo. Hình II.1: Mô hình hóa kết cấu cơ khí của robot HCMC University Of Technology 5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN II.3. Phương án điều khiển: Với mục tiêu robot bám line và phương án sử dụng 4 cảm biến quang trở, phương án điều khiển được sử dụng là điều khiền fuzzy. Từ trạng thái on hay off của các sensor, tốc độ 2 động cơ sẽ thay đổi theo luật điều khiển để tracking point nằm trên đường line. Start Get signal from sensor No 1000 Yes vl = v0 + a 3 vr = v0 - a3 Yes vl = v0 + a 2 vr = v 0 - a 2 Yes vl = v0 + a 1 vr = v0 - a1 No 1100 No 0100 No 0110 Yes vl = v 0 vr = v0 Yes vl = v0 - a1 vr = v0 + a1 Yes vl = v0 - a2 vr = v0 + a2 Yes vl = v0 - a3 vr = v0 + a3 No 0010 No 0011 No 0001 No Stop HCMC University Of Technology 6 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN II.3. Phương án phần điện: Lựa chọn phần cứng: Có 2 phương án điều khiển: điều khiển phân cấp và điều khiển tập trung.  Mạch điều khiển tập trung sử dụng 1 vi điều khiển đảm nhận tất cả các chức năng. Ưu điểm mạch điều khiển tập trung là nhỏ gọn, tuy nhiên giải thuật phức tạp, khi thay thế ảnh hưởng đến tất cả các module.  Mạch điều khiển phân cấp dễ bảo trì, lập trình đơn giản do mỗi vi điều khiển chỉ đảm nhận một công việc, nhưng hạn chế về chi phí và không gian lắp đặt. Từ những phân tích đã đưa ra, lựa chọn phương ản điều khiển phân cấp. Chọn phần cứng bao gồm 3 module vi điều khiển 16F877A có module PWM hỗ trợ cho điều khiển động cơ. 3 vi điều khiển này kết nối với nhau thông qua chuẩn truyền I2C. Trong đó 2 vi điều khiển đóng vai trò slave thông qua 2 driver LMD18200 (điện áp tối đa: 55V DC; dòng điện: 3A) điều khiển 2 động cơ, 1 vi điều khiển trung tâm đóng vai trò master dùng module ADC đọc tín hiệu từ sensor và truyền giá trị tốc độ mong muốn xuống 2 slave. Sai số được tính toán từ trạng thái đọc về của sensor, từ đó luật điều khiển được áp dụng. Thời gian lấy mẫu 0.01s đáp ứng khả năng xử lí của vi điều khiển. Khối nguồn sử dụng gồm 2 mức điện áp: 5V cấp cho vi điều khiển và cảm biến, 12V cấp cho động cơ và driver. LEFT WHEEL GEARBOX MOTOR LEFT ENCODER DRIVER LMD 18200 (1) SENSORS 5V DC SERVO CONTROLLER 1 PIC 16F887 MAIN CPU PIC 16F887 I2C COMM SERVO CONTROLLER 2 PIC 16F887 NGUỒN ĐIỆN 12V DC DRIVER LMD 18200 (2) RIGHT WHEEL GEARBOX HCMC University Of Technology MOTOR RIGHT ENCODER 7 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN Phần III TÍNH TOÁN-THIẾT KẾ III.1. Tính toán công suất: v M Fms Hình III.1: Lực tác động lên bánh xe  Giả thiết bánh xe lăn không trượt.  Vận tốc v = 0,3 m/s  Xe di chuyển trên bề mặt phẳng có hệ số ma sát µ = 0,3 F = Fms= mgµ= 3.9,8.0,3 = 8,82(N) Công suất P = F.v = 8.82.0,3 = 2,65(W)  Chọn hệ số an toàn a = 2  Công suất thực cần cho xe chạy: Pt = P.a = 2,65.2 = 5,3(W)  Công suất trên mỗi động cơ: Pdc = Pt/2 = 5,2/2 = 2,6(W) Với yêu cầu Pdc = 2,6W và vận tốc tại tâm robot 0,3m/s (88rpm), chọn:  Động cơ: DC Micromotor 12V (FAULHABER Series 012SR)  Hộp giảm tốc: Planetary Gearheads 22F  Encoder: IE2-256 HCMC University Of Technology 8 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Động cơ Hộp giảm tốc Encoder GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN Đặc tính Điện áp Công suất Hiệu suất Tốc độ không tải Tỉ số truyền Điện áp Số xung Đơn vị VDC W Giá trị 12 4,05 0,82 7800 25:1 4,5 - 5 256 Rpm V Pulse/rev III.2. Thiết kế điều khiển: III.2.1. Mô hình hóa chuyển động của xe Ở đây sử dụng Mobile Robot với 2 bánh chủ động và 1 bánh dẫn hướng. Bài toán đặt ra là làm sao để di chuyển theo 1 đường cong bất kì cho trước. Robot không có bất cứ thông tin nào về môi trường làm việc do đó robot sẽ được điều hướng theo phương pháp phản ứng. Sai số góc của robot sẽ được đo bằng 4 cảm biến quang trở. Khi di chuyển vận tốc tại tâm robot luôn đạt 0.3 m/s (v0 = 88 rpm). y Reference Line a Y X d D yD yS4 yC S4 C R b/2 2r Φ Wheel x xc xD xS4 Hình III.1: Sơ đồ mô tả phương trình động học của Mobile Robot Trung điểm 2 bánh xe: HCMC University Of Technology 9 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ  x C   cos       y C    sin      C   0 GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN 0  v  0   w 1  (III.1) Với v : tốc độ điểm C trong trục tọa độ OXY w : tốc độ góc điểm C trong tọa độ Oxy Mối quan hệ giữa tốc độ góc 2 bánh xe với tốc độ xe: Phương trình chuyển động của robot:  x C   cos      y C    sin       C   0 1  cos  2 0  v  1 0     sin  w 2 1   1   2b 1  cos   2   1 sin   2  1    2b   r.wr     r.wl  (III.2) Từ (III.2) ta được: 1 1 v  .r.wR  .r.wL 2 2 v  v L r.wR  r.wL w R  2b 2b (III.3) Với r : đường kính bánh xe b : khoảng cách giữa 2 bánh xe wr : tốc độ góc bánh phải wl : tốc độ góc bánh trái Tọa độ tracking point : x D  xc  d . cos  y D  y c  d . sin  (III.4) Tọa độ các cảm biến : 3a . sin  2 3a y s1  y d  . cos  2 x s1  x d  HCMC University Of Technology (III.5) 10 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN a x s 2  x d  . sin  2 a y s 2  y d  . cos  2 (III.6) a x s 3  x d  . sin  2 a y s 3  y d  . cos  2 (III.7) 3a . sin  2 3a y s 4  y d  . cos  2 (III.8) x s 4  xd  Với d : khoảng cách từ tâm xe đến tracking point a : khoảng cách giữa 2 cảm biến liên tiếp III.2.2. Mô phỏng chuyển động của xe: Thông số: Thông số Giá trị Đơn vị r 0.0325 m d 0.0325 m a 0.008 m b 0.172 m wth 0.006 m Trong đó: wth là độ rộng line Giải thuật: Trong matlab, ta cho một vòng lặp tìm khoảng cách từ cảm biến đến line. Nếu khoảng cách đó nhỏ hơn một nửa bề rộng line cộng với bán kính cảm biến thì khi đó ánh sáng mà detector nhận được ít. Điện trở bằng vô cùng. Tín hiệu đầu ra trên LM324 đến vi điều khiển là mức 1. Và ngược lại tín hiệu vào vi điều khiển là mức 0. Luật điều khiển: HCMC University Of Technology 11 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Led Led 1 2 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 Led Led 3 4 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN Rotate Right Right Right Straight Left Left Left Stop Stop Motor Left Velocity (rpm) v0 + a3 v0 +a2 v0 +a1 v0 v0 – a1 v0 – a2 v0 – a3 0 0 Motor Right Velocity (rpm) v0 – a3 v0 – a2 v0 – a1 v0 v0 +a1 v0 +a2 v0 + a3 0 0 Các hệ số a1 , a2 , a3 được chọn khi mô phỏng bám line: Thông số a1 a2 a3 Giá trị 12 27 45 Đơn vị rpm rpm rpm Kết quả mô phỏng: 1 Y Coordinate (m) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 X Coordinate (m) 1 1.2 Hình III.2: Kết quả mô phỏng xe bám line HCMC University Of Technology 12 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN 140 Left Wheel 120 Wheel Velcocity (rpm) 100 80 60 40 Right Wheel 20 0 0 1 2 3 Time (s) 4 5 6 Hình III.3: Tốc độ góc 2 bánh xe theo thời gian 0.014 Tracking Error-Absolute Value (m) 0.012 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 0 0 1 2 3 Time (s) 4 5 6 Hình III.4: Sai lệch tracking point so với đường tâm line HCMC University Of Technology 13 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN 120 100 Path Angle (deg) 80 Reference Real 60 40 20 0 -20 0 1 2 3 Time (s) 4 5 6 Hình III.5: Góc định hướng của xe và góc tiếp tuyến đường Line Kết luận:  Xe có thể chạy được trên bán kính cong nhỏ nhất là: 0.38m.  Tốc độ lớn nhất cần thiết là 133 rpm, nằm trong khả năng đáp ứng của động cơ đã chọn (312rpm).  Sai số tối đa của tracking point so với đường tâm line là 13mm hay 10mm so với biên line, đáp ứng sai số cho phép là 10mm. III.3. Thiết kế phần điện: Yêu cầu: Khối nguồn cung cấp đủ dòng và điện áp cho 3 module vi điều khiển 16F877A, 2 động hoạt động trong 2h. Thiết kế: Các khối tiêu thụ điện:  2 Động cơ 12V – 4,05W + 2 Encoder 5V  4 module sensors QRD 1113: 5V - 30mA HCMC University Of Technology 14 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN  2 module driver LMD18200: 12V – 30mA Hình III.6: Module LMD 18200  Tồng dòng điện tiêu thụ: - 2 động cơ: I12 = Pt/(U.cosϕ) = 5,3.1000/(12.0,82) = 538,62 (mA) - 2 driver LMD18200: I34 = 2.30 = 60 (mA) - Encoder, sensor, vi điều khiển: I5 = 12 + 4.40 + 2.40 = 252 (mA) IƩ = I12 + I34 + I5 = 538,62 + 60 + 272 ≈ 850,62 (mA)  Thời gian cung cấp nguồn liên tục: 2 giờ => Nguồn cần đáp ứng dòng tiêu thụ: In >2. IƩ = 1701,24 (mAh)  Kích thước nhỏ gọn dễ mang theo, có khả năng tái sử dụng.  Chọn nguồn: Ni-MH aa 12V 2000mAh; Model: Bh-aa2000h  Điện áp: 12V DC; dòng điện: 1,5A  Tuổi thọ: 1000 (chu kỳ sạc)  Khối lượng: 140 (gram) III.4. Thiết kế cơ khí Yêu cầu:  2 động cơ đảm bảo độ đồng trục, dung sai 2/100. HCMC University Of Technology 15 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN  Độ cao sensor so với mặt đất nằm trong khoảng nhận được tín hiệu phản hồi.  Trên thân robot gá đặt 3 module vi điều khiển 16F877A, 2 module driver LMD18200, khối nguồn, 2 động cơ FAULHABER 012SR. Thiết kế:  Chọn dung sai lắp ghép theo cấp chính xác IT7. Dung sai hình dạng và vị trí các lỗ định vị động cơ xác định theo cấp chính xác 8.  Cảm biến Led – Quang trở QRD 1113 thu nhận tín hiệu trong phạm vi 15mm, tốt nhất tại khoảng cách 2mm. Chọn khoảng cách từ sensor đến mặt đất là 2mm.  Kích thước các khối nằm trên robot:  Khối vi điều khiển: 84x62x45 (mm)  Module driver: 45x45x27 (mm)  Khối nguồn: 72,5x50,4x14,5 (mm)  Động cơ: chiều dài từ mặt bích đến encoder 64mm, đường kính Φ22mm  Thiết kế đế chính robot: 200x140(mm) HCMC University Of Technology 16 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN PHỤ LỤC P1: Datasheet động cơ FAULHABER 2224SR ........................................... 18 P2: Datasheet hộp giảm tốc FAULHABER 22F ......................................... 20 P3: Datasheet encoder FAULHABER IE2-256 ........................................... 21 P4: Datasheet sensor QRD1113 .................................................................. 24 P5: Datasheet shoulder screws G-GM ......................................................... 27 HCMC University Of Technology 17 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. NINH ĐỨC TỐN, Dung sai và lắp ghép, NXB Giáo dục Việt Nam, 2013. [2]. LÊ KHÁNH ĐIỀN, Vẽ kỹ thuật cơ khí, NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2011. [3]. TRẦN HỮU QUẾ, Vẽ Kỹ thuật Cơ Khí, tập 1, tập 2. NXB Giáo dục Việt Nam, 2010. [4]. TRONG HIEU BUI, TAN TIEN NGUYEN, TAN LAM CHUNG, AND SANG BONG KIM, A Simple Nonlinear of Two-Wheeled Welding Mobile Robot. International Journal of Control, Automation and Systems, Vol.1, No.1, March 2003. HCMC University Of Technology 18 [...]... là: 0.38m  Tốc độ lớn nhất cần thiết là 133 rpm, nằm trong khả năng đáp ứng của động cơ đã chọn (312rpm)  Sai số tối đa của tracking point so với đường tâm line là 13mm hay 10mm so với biên line, đáp ứng sai số cho phép là 10mm III.3 Thiết kế phần điện: Yêu cầu: Khối nguồn cung cấp đủ dòng và điện áp cho 3 module vi điều khiển 16F877A, 2 động hoạt động trong 2h Thiết kế: Các khối tiêu thụ điện:  2... gian 0.014 Tracking Error-Absolute Value (m) 0.012 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 0 0 1 2 3 Time (s) 4 5 6 Hình III.4: Sai lệch tracking point so với đường tâm line HCMC University Of Technology 13 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN 120 100 Path Angle (deg) 80 Reference Real 60 40 20 0 -20 0 1 2 3 Time (s) 4 5 6 Hình III.5: Góc định hướng của xe và góc tiếp tuyến đường Line Kết luận:... 140 (gram) III.4 Thiết kế cơ khí Yêu cầu:  2 động cơ đảm bảo độ đồng trục, dung sai 2/100 HCMC University Of Technology 15 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN  Độ cao sensor so với mặt đất nằm trong khoảng nhận được tín hiệu phản hồi  Trên thân robot gá đặt 3 module vi điều khiển 16F877A, 2 module driver LMD18200, khối nguồn, 2 động cơ FAULHABER 012SR Thiết kế:  Chọn dung sai... a1 v0 v0 +a1 v0 +a2 v0 + a3 0 0 Các hệ số a1 , a2 , a3 được chọn khi mô phỏng bám line: Thông số a1 a2 a3 Giá trị 12 27 45 Đơn vị rpm rpm rpm Kết quả mô phỏng: 1 Y Coordinate (m) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 X Coordinate (m) 1 1.2 Hình III.2: Kết quả mô phỏng xe bám line HCMC University Of Technology 12 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN 140 Left Wheel 120 Wheel Velcocity... Chọn khoảng cách từ sensor đến mặt đất là 2mm  Kích thước các khối nằm trên robot:  Khối vi điều khiển: 84x62x45 (mm)  Module driver: 45x45x27 (mm)  Khối nguồn: 72,5x50,4x14,5 (mm)  Động cơ: chiều dài từ mặt bích đến encoder 64mm, đường kính Φ22mm  Thiết kế đế chính robot: 200x140(mm) HCMC University Of Technology 16 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN PHỤ LỤC P1: Datasheet... Với d : khoảng cách từ tâm xe đến tracking point a : khoảng cách giữa 2 cảm biến liên tiếp III.2.2 Mô phỏng chuyển động của xe: Thông số: Thông số Giá trị Đơn vị r 0.0325 m d 0.0325 m a 0.008 m b 0.172 m wth 0.006 m Trong đó: wth là độ rộng line Giải thuật: Trong matlab, ta cho một vòng lặp tìm khoảng cách từ cảm biến đến line Nếu khoảng cách đó nhỏ hơn một nửa bề rộng line cộng với bán kính cảm biến...THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ  x C   cos       y C    sin      C   0 GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN 0  v  0   w 1  (III.1) Với v : tốc độ điểm C trong trục tọa độ OXY w : tốc độ góc điểm C trong tọa độ Oxy Mối quan hệ giữa tốc độ góc 2 bánh xe với tốc độ xe: Phương trình chuyển động của robot:  x C   cos      y C  ... đường kính bánh xe b : khoảng cách giữa 2 bánh xe wr : tốc độ góc bánh phải wl : tốc độ góc bánh trái Tọa độ tracking point : x D  xc  d cos  y D  y c  d sin  (III.4) Tọa độ các cảm biến : 3a sin  2 3a y s1  y d  cos  2 x s1  x d  HCMC University Of Technology (III.5) 10 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN a x s 2  x d  sin  2 a y s 2  y d  cos  2 (III.6)... Technology 17 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] NINH ĐỨC TỐN, Dung sai và lắp ghép, NXB Giáo dục Việt Nam, 2013 [2] LÊ KHÁNH ĐIỀN, Vẽ kỹ thuật cơ khí, NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2011 [3] TRẦN HỮU QUẾ, Vẽ Kỹ thuật Cơ Khí, tập 1, tập 2 NXB Giáo dục Việt Nam, 2010 [4] TRONG HIEU BUI, TAN TIEN NGUYEN, TAN LAM CHUNG, AND SANG BONG KIM, A Simple Nonlinear of Two-Wheeled... module vi điều khiển 16F877A, 2 động hoạt động trong 2h Thiết kế: Các khối tiêu thụ điện:  2 Động cơ 12V – 4,05W + 2 Encoder 5V  4 module sensors QRD 1113: 5V - 30mA HCMC University Of Technology 14 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN  2 module driver LMD18200: 12V – 30mA Hình III.6: Module LMD 18200  Tồng dòng điện tiêu thụ: - 2 động cơ: I12 = Pt/(U.cosϕ) = 5,3.1000/(12.0,82) ... kế loại robot cụ thể robot bám line Đây loại robot thông dụng nhờ dễ chế tạo, thiết kế ứng dụng Các yêu cầu thiết kế đặt ra:  Vận tốc tâm robot: 0.3 m/s  Sai lệch tối đa so với đường line: 10mm... điểm mobile robot, nhà phát triển dần đưa robot thông minh thay người thực công việc sống thường ngày Nhằm tiếp cận với cách giải toán thiết kế mobile robot, nội dung báo cáo tìm hiểu thiết kế. .. III TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ III.1 Tính toán công suất – Chọn động III.2 Thiết kế điều khiển III.3 Thiết kế phần điện 14 III.4 Thiết kế khí 15 PHỤ