MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH SÁCH HÌNH ẢNH iii DANH SÁCH BẢNG BIỂU v MỤC TIÊU ĐỒ ÁN 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2 CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 7 2.1 Đề xuất sơ đồ nguyên lý 7 2.2 Đề xuất cảm biến 7 2.3 Đề xuất cấu trúc điều khiển 8 2.4 Đề xuất giải thuật điều khiển 9 2.5 Phương án thiết kế 9 CHƯƠNG 3: MECHANICAL SYSTEMS 10 3.1 Lựa chọn bánh xe 10 3.2 Lựa chọn động cơ 10 3.3 Kích thước thân xe 12 3.4 Thiết kế đồ gá cho động cơ 13 CHƯƠNG 4: INFORMATION SYSTEMS 16 4.1 Mô hình động học của robot 16 4.2 Cách xác định vị trí của robot 17 4.3 Bộ điều khiển tracking, tìm khoảng cách d và mô phỏng bám sa bàn 19 CHƯƠNG 5: ELECTRICAL SYSTEMS 25 5.1 Hệ thống cảm biến 25 5.1.1 Xác định yêu cầu cảm biến 25 5.1.2 Thực nghiệm cảm biến 25 5.2 Hệ thống điều khiển động cơ 29 5.2.1 Lựa chọn driver 29 5.2.2 Mô hình hóa hệ driverđộng cơ 29 5.2.3 Bộ điều khiển PID 33 5.3 Lựa chọn pin 36 CHƯƠNG 6: COMPUTER SYSTEMS 37 6.1 Lựa chọn vi điều khiển 37 6.1.1 Sơ đồ khối của bộ điều khiển 37 6.1.2 Xác định yêu cầu và lựa chọn vi điều khiển 37 6.1.3 Lựa chọn vi điều khiển 38 6.2 Tính toán thời gian truyền nhận dữ liệu 38 6.3 Giải thuật điều khiển 39 CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 40 PHỤ LỤC A: KIT THÍ NGHIỆM SENSOR 42 PHỤ LỤC B: TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 0.1. Sa bàn di chuyển của robot 1 Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý RC racing cars 2 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hai cặp chủ động vi sai (a) Loại 2 bánh; (b) Loại 4 bánh 3 Hình 1.3 Giải thuật xử lí tín hiệu bằng phương pháp so sánh 4 Hình 1.4 Giải thuật xử lý tín hiệu cảm biến bằng phương pháp xấp xỉ18 5 Hình 2.1 Phương án sơ đồ nguyên lý 7 Hình 2.2 Phương án cấu trúc điều khiển 8 Hình 3.1 Mô hình toán của một bánh xe 10 Hình 3.2 Mô hình toán khi xe chuyển hướng 12 Hình 3.3 Sơ đồ sắp xếp linh kiện trên thân xe 14 Hình 4.1 Mô hình động học của mobile platform 16 Hình 4.2 Mô hình động học được sử dụng cho robot dò line 18 Hình 4.3 Cách xác định e3 18 Hình 4.4 Sai số trung bình ứng với mỗi giá trị khoảng cách d 19 Hình 4.5 Kết quả bám line ở đoạn ABCD 21 Hình 4.6 Kết quả bám line ở đoạn DEFCG 22 Hình 4.7 Kết quả bám line ở đoạn GACE 23 Hình 4.8 Robot phát hiện và tự động thực hiện đổi hướng ở đoạn vuông góc 24 Hình 4.9 Robot phát hiện đoạn giao cắt 24 Hình 5.1 Sơ đồ khối của hệ thống điện 25 Hình 5.2 Sơ đồ mạch điện cảm biến TCRT5000 cho thí nghiệm 26 Hình 5.3 Phạm vi hoạt động của cảm biến dựa theo góc chiếu 27 Hình 5.4 Đồ thị kết quả thí nghiệm đo giá trị điện áp trả về từ cảm biến 27 Hình 5.5 Mô hình vùng giao thoa của cực phát và cực thu 28 Hình 5.6 Đường đặc tuyến giữa giá trị đọc về từ cảm biến và giá trị lý tưởng 29 Hình 5.7 Đồ thị giữa PWM(%) và vận tốc quay của động cơ 1 30 Hình 5.8 Đồ thị đáp ứng theo thời gian khối driverđộng cơ 1 31 Hình 5.9 Đồ thị giữa PWM(%) và vận tốc quay của động cơ 2 32 Hình 5.10 Đồ thị đáp ứng theo thời gian khối driverđộng cơ 1 33 Hình 5.11 Mô phỏng đáp ứng khối driverđộng cơ 1 sau khi thêm bộ PID 34 Hình 5.12 Đồ thị đáp ứng theo thời gian khối driverđộng cơ 1 sau khi thêm bộ PID 34 Hình 5.13 Mô phỏng đáp ứng khối driverđộng cơ 2 sau khi thêm bộ PID 35 Hình 5.14 Đồ thị đáp ứng theo thời gian khối driverđộng cơ 2 sau khi thêm bộ PID 35 Hình 6.1 Sơ đồ khối của bộ điều khiển 37 Hình 6.2 Chu kỳ truyền nhận dữ liệu của hệ thống 38 Hình 6.3 Lưu đồ giải thuật của hệ thống. 39 Hình 7.1 Kết quả chạy mô phỏng 40 Hình 7.2 Kết quả chạy thực tế 41 Hình A.1 Mô hình bộ thí nghiệm dùng cho thí nghiệm 2 42 Hình A.2 Bộ mô hình dùng cho thí nghiệm 3 43 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Thông số đầu vào của xe 11 Bảng 3.2 Thông số yêu cầu của động cơ 12 Bảng 3.3 Các thiết bị trên thân xe 13 Bảng 4.1 Thông số đầu vào mô phỏng 19 Bảng 4.2 Thông số đầu vào mô phỏng 20 Bảng 5.1 Số liệu thử nghiệm TB6612 với động cơ 1 30 Bảng 5.2 Số liệu thử nghiệm TB6612 với động cơ 2 32 Bảng 5.3 Dòng điện tiêu thụ các linh kiện trong mạch 36 MỤC TIÊU ĐỒ ÁN .Thiết kế và chế tạo xe dò line di chuyển tốc độ cao trên sa bàn có các đặc điểm : Màu sắc đường line: đen. Màu nền: trắng. Bề rộng đường line: 26mm. Bề mặt địa hình di chuyển: phẳng. Sa bàn được thể hiện trên Hình 0.1.
ĐẠI H ỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Nguyễn Tấn Tiến Sinh viên thực hiện: TpHCM, ngày tháng năm 2016 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Nguyễn Tấn Tiến MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH SÁCH HÌNH ẢNH iii DANH SÁCH BẢNG BIỂU v MỤC TIÊU ĐỒ ÁN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 2.1 Đề xuất sơ đồ nguyên lý 2.2 Đề xuất cảm biến 2.3 Đề xuất cấu trúc điều khiển 2.4 Đề xuất giải thuật điều khiển 2.5 Phương án thiết kế CHƯƠNG 3: MECHANICAL SYSTEMS 10 3.1 Lựa chọn bánh xe 10 3.2 Lựa chọn động 10 3.3 Kích thước thân xe 12 3.4 Thiết kế đồ gá cho động 13 CHƯƠNG 4: INFORMATION SYSTEMS 16 4.1 Mơ hình động học robot 16 4.2 Cách xác định vị trí robot 17 4.3 Bộ điều khiển tracking, tìm khoảng cách d mơ bám sa bàn .19 CHƯƠNG 5: ELECTRICAL SYSTEMS 25 5.1 Hệ thống cảm biến 25 5.1.1 Xác định yêu cầu cảm biến 25 5.1.2 Thực nghiệm cảm biến 25 5.2 Hệ thống điều khiển động 29 5.2.1 Lựa chọn driver 29 5.2.2 Mơ hình hóa hệ driver-động 29 5.2.3 Bộ điều khiển PID 33 5.3 Lựa chọn pin 36 ii ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Nguyễn Tấn Tiến CHƯƠNG 6: COMPUTER SYSTEMS 37 6.1 Lựa chọn vi điều khiển 37 6.1.1 Sơ đồ khối điều khiển 37 6.1.2 Xác định yêu cầu lựa chọn vi điều khiển 37 6.1.3 Lựa chọn vi điều khiển 38 6.2 Tính toán thời gian truyền nhận liệu 38 6.3 Giải thuật điều khiển 39 CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 40 PHỤ LỤC A: KIT THÍ NGHIỆM SENSOR 42 PHỤ LỤC B: TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 iii DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 0.1 Sa bàn di chuyển robot Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý RC racing cars Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hai cặp chủ động vi sai (a) Loại bánh; (b) Loại bánh Hình 1.3 Giải thuật xử lí tín hiệu phương pháp so sánh Hình 1.4 Giải thuật xử lý tín hiệu cảm biến phương pháp xấp xỉ [18] Hình 2.1 Phương án sơ đồ nguyên lý Hình 2.2 Phương án cấu trúc điều khiển Hình 3.1 Mơ hình tốn bánh xe 10 Hình 3.2 Mơ hình tốn xe chuyển hướng 12 Hình 3.3 Sơ đồ xếp linh kiện thân xe 14 Hình 4.1 Mơ hình động học mobile platform 16 Hình 4.2 Mơ hình động học sử dụng cho robot dò line 18 Hình 4.3 Cách xác định e3 18 Hình 4.4 Sai số trung bình ứng với giá trị khoảng cách d 19 Hình 4.5 Kết bám line đoạn A-B-C-D 21 Hình 4.6 Kết bám line đoạn D-E-F-C-G 22 Hình 4.7 Kết bám line đoạn G-A-C-E 23 Hình 4.8 Robot phát tự động thực đổi hướng đoạn vng góc 24 Hình 4.9 Robot phát đoạn giao cắt 24 Hình 5.1 Sơ đồ khối hệ thống điện 25 Hình 5.2 Sơ đồ mạch điện cảm biến TCRT5000 cho thí nghiệm 26 Hình 5.3 Phạm vi hoạt động cảm biến dựa theo góc chiếu 27 Hình 5.4 Đồ thị kết thí nghiệm đo giá trị điện áp trả từ cảm biến 27 Hình 5.5 Mơ hình vùng giao thoa cực phát cực thu 28 Hình 5.6 Đường đặc tuyến giá trị đọc từ cảm biến giá trị lý tưởng 29 Hình 5.7 Đồ thị PWM(%) vận tốc quay động 30 Hình 5.8 Đồ thị đáp ứng theo thời gian khối driver-động 31 Hình 5.9 Đồ thị PWM(%) vận tốc quay động 32 Hình 5.10 Đồ thị đáp ứng theo thời gian khối driver-động 33 Hình 5.11 Mơ đáp ứng khối driver-động sau thêm PID .34 Hình 5.12 Đồ thị đáp ứng theo thời gian khối driver-động sau thêm PID 34 Hình 5.13 Mô đáp ứng khối driver-động sau thêm PID .35 Hình 5.14 Đồ thị đáp ứng theo thời gian khối driver-động sau thêm PID 35 Hình 6.1 Sơ đồ khối điều khiển 37 Hình 6.2 Chu kỳ truyền nhận liệu hệ thống 38 Hình 6.3 Lưu đồ giải thuật hệ thống 39 Hình 7.1 Kết chạy mô 40 Hình 7.2 Kết chạy thực tế 41 Hình A.1 Mơ hình thí nghiệm dùng cho thí nghiệm 42 Hình A.2 Bộ mơ hình dùng cho thí nghiệm 43 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Thông số đầu vào xe 11 Bảng 3.2 Thông số yêu cầu động 12 Bảng 3.3 Các thiết bị thân xe 13 Bảng 4.1 Thông số đầu vào mô 19 Bảng 4.2 Thông số đầu vào mô 20 Bảng 5.1 Số liệu thử nghiệm TB6612 với động 30 Bảng 5.2 Số liệu thử nghiệm TB6612 với động 32 Bảng 5.3 Dòng điện tiêu thụ linh kiện mạch 36 MỤC TIÊU ĐỒ ÁN Thiết kế chế tạo xe dò line di chuyển tốc độ cao sa bàn có đặc điểm : - Màu sắc đường line: đen - Màu nền: trắng - Bề rộng đường line: 26mm - Bề mặt địa hình di chuyển: phẳng - Sa bàn thể Hình 0.1 F B A START R500 END E C R500 D G 1500 3000 Hình 0.1 Sa bàn di chuyển robot - Khi bắt đầu, robot đặt vị trí START (điểm A), sau robot chạy theo thứ tự qua điểm nút quy định : (START) A → B → C → D → E → F → C → G → A → C → E (END) CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Robot dò line trường hợp đặc biệt mobile robot, robot nhận biết vị trí tương đối robot bám theo đường line (line từ, line màu) có Hiện [1] robot dị line ứng dụng rộng rãi môi trường kho bãi, nhà xưởng, cảng … để [6][8] vận chuyển hàng hóa, dùng làm tảng cho nhiều nghiên cứu kỹ thuật nhận diện [18] [16][25][26][28] thiết kế điều khiển đề tài cho nhiều thi kỹ thuật Để thiết kế vận hành robot dò line, tất yếu tố kỹ thuật cấu thành robot cần quan tâm: sơ đồ nguyên lý, loại cảm biến, động cơ, cấu trúc điều khiển giải thuật điều khiển sử dụng Rất nhiều sơ đồ nguyên lý ứng dụng cho việc chế tạo robot dò line Để đạt tốc độ khả bám đường, sơ đồ nguyên lý loại xe đua điều khiển từ xa (RC racing cars) sử dụng Có hai loại sơ đồ nguyên lý chung cho loại xe đua chuyên chạy mặt đường phẳng: - Loại 1(Hình 1.1a) sử dụng trục truyền động cho trục trước sau xe (Khung xe hãng Awesomatrix, TAMIYA TT01, Overdose Divall…) Loại 2(Hình 1.1b) sử dụng đai truyền động cho trục trước sau xe (Khung xe hãng Sakura D3 CS, Serpent VETEQ 02, TA04 EPRO…) Những sơ đồ nguyên lý có đặc điểm hạn chế tượng trượt bánh xe thực đổi hướng, nhiên thiết kế khí phức tạp bán kính cong nhỏ xe bị giới hạn kết cấu xe XX XX XX (a) (b) Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý RC racing cars (a) loại truyền động trục; (b) loại truyền động đai Một sơ đồ nguyên lý nhiều xe đua dò line HBFS-2 (Robot RobotChallenge 2015) Sylvestre (COSMOBOT 2012, CRJET International Robotics Competition 2010), Johnny-5 (IGVC), Thunderbolt (Robot Challenge 2014)… sử dụng hai bánh chủ động điều khiển độc lập kết hợp với bánh đa hướng (Hình 1.2a) Sơ đồ nguyên lý có đặc điểm kết cấu, mơ hình động học đơn giản, dễ hiệu chỉnh sai số hệ [5] thống cho phép xe di chuyển theo bán kính nhỏ, kể việc quay chỗ , nhiên xe lại dễ bị trượt theo phương pháp tuyến thực việc bám theo đoạn đường bán kính nhỏ tốc độ cao Ngoài ra, dạng khác sơ đồ nguyên lý xe đua CartisX04 (All Japan Micromouse 2015), Mouse (RobotChallenge 2014)… sử dụng (Hình 1.2b) Ở sơ đồ này, bánh xe vi sai chủ động thay cặp bánh, giúp xe dễ cân hơn, nhiên kết cấu khí phức tạp xuất hiện tượng trượt bánh xe đổi hướng (a) (b) Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hai cặp chủ động vi sai (a) Loại bánh; (b) Loại bánh Về cảm biến, phần lớn robot dò line sử dụng loại cảm biến quang để nhận biết vị trí tương đối đường line so với xe, từ xử lí để đưa tín hiệu điều khiển Có hai phương pháp thường sử dụng cho robot dò line phương pháp sử dụng camera loại cảm biến quang dẫn: - - [3][6][7][8] Ở phương pháp camera, thiết bị thu hình ảnh từ đường line thực tế (robot Johny-5 thi IGVC), sau xử lí đưa tín hiệu điều khiển Đặc điểm phương pháp đạt độ xác cao, nhiên phương pháp dùng thi đua xe line màu khối lượng xử lí nhiều, dẫn đến hạn chế tốc độ tối đa xe Phương pháp thứ hai ứng dụng phổ biến cho hầu hết loại thi robot dò line Một số loại cảm biến sử dụng quang [12] điện trở (robot ALF thi ROBOCON Malaysia 2006) photo[10][11][13] transistor kết hợp với LED Hai loại cảm biến có nguyên tắc hoạt động giống nhau, thu thu tín hiệu ánh sáng phản xạ từ phát xuống mặt Bảng 5.2 Số liệu thử nghiệm TB6612 với động STT 10 11 12 13 14 15 16 17 PWM (%) 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 RPM (vòng/phút) 100 122 150 178 202 225 243 277 305 327 350 372 404 433 458 482 513 Hình 5.9 Đồ thị PWM(%) vận tốc quay động Hình 5.10 Đồ thị đáp ứng theo thời gian khối driver-động (tsample = 1ms, PWM = 80%) Hàm truyền khối driver-động xác định được: G(s)= 42.1 1+0.015s 5.2.3 Bộ điều khiển PID: Động 1: Tiêu chí điều khiển: - Settling time: Ts < 0.02s Steady state error: ess = 5% Overshoot: M < 6% Sử dụng mô Matlab, thông số PID thỏa tiểu chí đề là: Kp = 0.1888; Ki = 20,7248; Kd = 0.0000276 Hình 5.11 Mơ đáp ứng khối driver-động sau thêm PID Với PID trên, thông số đáp ứng mô động là: - Settling time: Ts = 0.0176s Steady state error: ess = Overshoot: M = 3.6% Dựa PID mô phỏng, kết hợp với việc hiệu chỉnh thông số theo thực tế, thông số PID sử dụng thực tế Kp = 0.5; Ki = 0.007; Kd = 0.02 Hình 5.12 Đồ thị đáp ứng theo thời gian khối driver-động sau thêm PID (tsample = 1ms, PWM = 80%) Đáp ứng thực tế khối sau thêm PID - Settling time: Ts = 0.018s Steady state error: ess = 5% Overshoot: M = 6% Động 2: Tiêu chí điều khiển: - Settling time: Ts < 0.02s Steady state error: ess = 5% Overshoot: M < 6% Sử dụng mô Matlab, thơng số PID thỏa tiểu chí đề là: Kp = 0.1808; Ki = 20,7059; Kd = Hình 5.13 Mơ đáp ứng khối driver-động sau thêm PID Với PID trên, thông số đáp ứng mô động là: - Settling time: Ts = 0.0179s Steady state error: ess = Overshoot: M = 4.81% Dựa PID mô phỏng, kết hợp với việc hiệu chỉnh thông số theo thực tế, thông số PID sử dụng thực tế Kp = 0.49; Ki = 0.0071; Kd = 0.02 Hình 5.14 Đồ thị đáp ứng theo thời gian khối driver-động sau thêm PID (tsample = 1ms, PWM = 80%) Đáp ứng thực tế khối sau thêm PID - Settling time: Ts = 0.017s - Steady state error: ess = 5% Overshoot: M = 6% 5.3 Lựa chọn pin: Sa bàn thi bao gồm đoạn đường: đường thẳng dài 3000mm, đoạn đường cong bán kính 500mm đoạn đường giao dài 1118mm Tổng chiều dài đoạn đường S = 10613 mm Vận tốc xe trung bình 1.3 m/s, thời gian cần để chạy hết đoạn đường t = 10.613/1.3 = 8.16 s Để đảm bảo trình thử nghiệm, pin yêu cầu phải có dung lượng đủ lớn để xe thử nghiệm nhiều lần Yêu cầu kĩ thuật: - Áp pin phải lớn áp lớn thiết bị hệ thống (động ESCAP 16G88-214EMR19 8V) Khả cung cấp dòng cho hệ thống hoạt động khoảng Tính tốn cường độ dòng điện cần cung cấp: Bảng 5.3 Dòng điện tiêu thụ linh kiện mạch Thiết bị Số lượng Dòng/1 đơn vị Tổng cộng Áp cung cấp Động 650mA 1300mA 12VDC Encoder 6mA 12mA 5VDC Cảm biến 38mA 266mA 5VDC Vi điều khiển Tổng cộng 30mA 120mA 1698 x 1.3=2207 mA 5VDC Từ yêu cầu kĩ thuật nguồn điện cần cung cấp, mắc nối tiếp cục pin Lion 4.2V 4200mAh CHƯƠNG 6: COMPUTER SYSTEMS Chương bao gồm lựa chọn loại vi điều khiển, thời điểm truyền nhận lưu đồ giải thuật vi điều khiển 6.1 Lựa chọn vi điều khiển: 6.1.1 Sơ đồ khối điều khiển Sensor Slave Driver Slave Master Slave Driver Động Động Encoder Encoder Hình 6.1 Sơ đồ khối điều khiển Robot sử dụng giải thuật điều khiển phân cấp sử dụng vi điều khiển đảm nhận chức riêng biệt Trong có: - slave có nhiệm vụ đọc xử lí tín hiệu sensor slave có nhiệm vụ điều khiển động thông qua driver encoder master làm điều khiển trung tâm, có nhiệm vụ thu thập liệu từ slave đọc cảm biến, sau tiến hành tính tốn lệnh cho slave điều khiển động đưa robot di chuyển theo quỹ đạo 6.1.2 Xác định yêu cầu lựa chọn vi điều khiển: Dựa phương án thiết kế lựa chọn cho Robot, vi điều khiển sử dụng làm xử lí trung tâm, có nhiệm vụ thu thập tín hiệu từ cảm biến, sau tiến hành tính tốn, điều chỉnh truyền tín hiệu đến động Hiện thị trường có nhiều dịng vi điều khiển, dịng có đặc tính khả khác Tuy nhiên, ta cần lựa chọn dịng vi điều khiển thích hợp để đảm bảo đáp ứng yêu cầu đặt cho Robot, cụ thể: - Robot sử dụng động để di chuyển, vậy, Slave điều khiển động cần có điều xung PWM Số lượng cảm biến tối thiểu lựa chọn nên slave đọc cảm biến cần có ngõ vào Analog Có ngắt để đọc tín hiệu Encoder Bộ điều khiển phân cấp nên phải có hỗ trợ giao tiếp SPI, I2C RS232… - 6.1.3 Lựa chọn vi điều khiển: Từ yêu cầu trên, có loại vi điều khiển lựa chọn: Đối với slave đọc cảm biến, vi điều khiển Pic 16f887 hãng Microchip lựa có đặc điểm phù hợp: - Có 14 ngõ vào Analog Hỗ trợ giao tiếp SPI, I2C, RS232 Đối với slave điều khiển động master, vi điều khiển ATmega368 hãng Atmel, tích hợp kit phát triển Adruino Nano lựa chọn có đặc điểm: - Có ngắt Tần số xung clock 16Mhz cho thời gian chu kì lệnh nhanh (62,5ns) thời gian đọc xung encoder ngắt ngồi nên khơng có tượng trượt xung đọc Hỗ trợ giao tiếp SPI, I2C RS232 - 6.2 Tính tốn thời gian truyền nhận liệu: Slave sensor đọc tính sai số Slave sensor đọc tính sai số Slave sensor đọc tính sai số Slave sensor đọc tính sai số Slave sensor 7ms 7ms Master Gửi tín hiệu yêu cầu slave sensor gửi sai số lần 8ms Gửi tín hiệu yêu cầu slave sensor gửi sai số lần 8ms Tính tốn gửi tín hiệu vận tốc cho slave động 4ms 7ms Chờ thời gian đáp ứng động 40ms 7ms Gửi tín hiệu yêu cầu slave sensor gửi sai số lần 8ms Hình 6.2 Chu kỳ truyền nhận liệu hệ thống Trong trình truyền nhận liệu, Master chủ động lấy sai số từ Slave sensor Slave sensor đọc liên tục tín hiệu thu tính tốn giá trị error Khi có tín hiệu u cầu, Slave sensor gửi cho Master Master nhận tính giá trị vận tốc tương ứng để truyền cho Slave điều khiển động Sau thời gian đáp ứng động cơ, Master tiếp tục gửi yêu cầu cho Slave sensor gửi giái trị sai số chu kì lặp lại 6.3 Giải thuật điều khiển Start Cài đặt số k ứng với đoạn cong A - B S Cài đặt thông số k ứng với thẳng F - G S Gặp điểm B Đ Cài đặt số k ứng với đoạn thẳng B - D Gặp điểm G Đ Cài đặt thông số k ứng với đoạn cong G - A S Gặp điểm DGặp điểm A S Đ Cài đặt thông số k ứng với đoạn cong D - F Gặp điểm F Đ Robot quay 90 độ Cài đặt thông số k ứng với đoạn thẳng A - E S Gặp điểm E Đ Dừng xe Kết thúc Hình 6.3 Lưu đồ giải thuật hệ thống CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Chương đánh giá kết thực nghiệm mơ hình so với mơ đưa kết luận Kết chạy mô thực tế của xe theo vR = 1.3m/s đường line thể Hình 7.1, Hình 7.2 Hai hình thể dạng bám line xe giống nhau: đoạn đường thẳng (B→D, F→G, A→E), xe thể dao động hai bên đường line; đoạn đường cong (A→B, D→F, G→A), xe nằm bên so với đường line Trong sai số mô đạt yêu cầu đề sai số (trên đường thẳng cong: emax = ±16mm đoạn đổi hướng: e max = 250mm, thể Hình 4.5b, Hình 4.6b, Hình 4.7b), sai số thực tế xe lại không thỏa yêu cầu đề sai số đoạn thẳng cong Các lý dẫn đến việc tăng sai số bao gồm: - Sai số lắp đặt khiến độ đồng trục hai động Sai số tốc độ hai động Hình 7.1 Kết chạy mơ 40 Hình 7.2 Kết chạy thực tế - Sai số hệ thống cảm biến cảm biến khác biệt mơi trường thí nghiệm thực nghiệm Sai số hệ thống cảm biến chiều cao gá đặt độ song song với trục động Để khắc phục sai số này, giải pháp đề bao gồm: - Khung xe đồ gá chế tạo nhôm, thay cho mica mơ hình thực nghiệm, để kiểm sốt sai số q trình gia cơng lắp đặt Thực thí nghiệm nhằm đánh giá sai số vận tốc động để đưa vào mơ Thực nghiệm thí nghiệm để đánh giá ảnh hưởng môi trường thực nghiệm lên giá trị đọc hệ thống cảm biến để thực biện pháp xử lý phù hợp 49 PHỤ LỤC A: KIT THÍ NGHIỆM SENSOR Để phân tích lựa chọn thông số cho việc thiết kế cảm biến, mơ hình thí nghiệm sử dụng 1/ Bộ thí nghiệm xác định khoảng cách phù hợp cảm biến mặt đường, khoảng cách cảm biến với Hình A.1 Mơ hình thí nghiệm dùng cho thí nghiệm Mơ hình bao gồm đế lớn mạch cảm biến rời Mỗi mạch cảm biến rời có chân cắm cấp nguồn 5V, chân GND chân để lấy tín hiệu analog trả từ cảm biến Tấm đế thay đổi chiều cao tùy ý để xác định khoảng cách phù hợp cảm biến với mặt đường Ngoài ra, đế thiết kế có rãnh trượt để dễ dàng thay đổi khoảng cách cảm biến Kết thí nghiệm mơ tả Hình 5.4 2/ Bộ thí nghiệm xác định phương trình tuyến tính lý tưởng tín hiệu cảm biến Mơ hình sử dụng cho thí nghiệm 3, nhằm mục đích kiểm tra đánh giá cách tương đối khả đáp ứng cảm biến điều kiện thực tế Mơ hình gồm ray trượt có cố định đoạn đường line thẳng mặt kéo dịch chuyển qua lại động bước kết hợp với hệ thống dây đai Bộ cảm biến cố định theo khoảng cách lựa chọn thí nghiệm Dữ liệu đo từ cảm biến vi điều khiển đọc, xử lí tính tốn, sau truyền tới máy tính chuẩn truyền RS232, phần mềm Matlab thu thập liệu xuất đồ thị đáp ứng tín hiệu trả (giữa vị trí thực tế vị trí tính tốn) Từ tìm phương trình tuyến tính xấp xỉ mong muốn Hình A.2 Bộ mơ hình dùng cho thí nghiệm Kết thí nghiệm mơ tả Hình 5.6 PHỤ LỤC B: TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] DAIFUKU, SMARTCART, Automatic Guided Cart Installed Systems [2] Richard T Vannoy II, M.S.I.T., B.S.E.E.T Designing and Building a Line Following Robot [3] Andrew Reed Bacha, Line Detection and Lane Following for an Autonomous Mobile Robot, MS diss., Virginia Polytechnic Institute and State University, 2005 [4] Ramiro Velázquez et al., A Review of Models and Structures for Wheeled Mobile th Robots: Four Case Studies, The 15 International Conference on Advanced Robotics, Estonia, June 20-23, 2011 [5] Bruno Siciliano & Oussama Khatib, chapter 17.2.2-17.2.6, Springer handbook of robotics Germany: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2008 [6] G H Lee et al., Line Tracking Control of a Two-Wheeled Mobile Robot Using Visual Feedback, International Journal of Advanced Robotic Systems, DOI: 10.5772/53729, received Apr 2012; Accepted 24 Sep 2012 [7] Huu Danh Lam et al., Smooth tracking controller for AGV through junction using CMU camera, Hội nghị Toàn quốc lần thứ Cơ điện tử - VCM-2014 [8] A H Ismail et al., Vision-based System for Line Following Mobile Robot, IEEE Symposium on Industrial Electronics and Applications (ISIEA 2009), October 4-6, 2009, Kuala Lumpur, Malaysia [9] Barbara Siemiatkowska, Mobile Robot Navigation Based on Omnidirectional Sensor [10] Mustafa Engin, Dilúad Engin, Path Planing of Line Follower Robot, Proceedings of the 5th European DSP Education and Research Conference, 2012 [11] F Kaiser et.al., Line Follower Robot: Fabrication and accuracy measurement by data acquisition, International Conference on Electrical Engineering and Information & Communication Technology (ICEEICT) 2014 [12] M S Islam & M A Rahman, Design and Fabrication of Line Follower Robot, Asian Journal of Applied Science and Engineering, Volume 2, No (2013) [13] Khin Hooi Ng et al., Adaptive Phototransistor Sensor for Line Finding, International Symposium on Robotics and Intelligent Sensors 2012 (IRIS 2012) [14] Hsin-Hsiung Huang et al., Hands-on intelligent mobile robot laboratory with support from the industry, IEEE EDUCON Education Engineering 2010 – The future of Global Learing Engineering Education [15] Deepak Punetha, et al Development and Applications of Line Following Robot Based Health Care Management System International Journal of Advanced Research in Computer Engineering & Technology (IJARCET) Volume 2, Issue 8, pp.2446-2449, August 2013 [16] Umar Farooq et al., Fuzzy Logic Reasoning System for Line Following Robot, IACSIT International Journal of Engineering and Technology, Vol 6, No 4, August 2014 [17] Subhash P Rasal Development of Intelligent Line Follower’s Robot International Journal of Emerging Trends in Electrical and Electronics (IJETEE – ISSN: 2320-9569) Vol 7, Issue 2, pp.15-16, Sep-2013 [18] Juing-Huei Su et al., An intelligent line-following robot project for introductory robot courses, World Transactions on Engineering and Technology Education, Vol.8, No.4, 2010 [19] M Zafri Baharuddin et al., Analysis of Line Sensor Configuration for the Advanced Line Follower Robot, Universiti Tenaga Nasional, Malaysia [20] Pascal Dufour, Ole Gudiksen Intelligent line following for vision enabled mobile robots, Master’s thesis Technical University of Denmark, DTU Elektro, pp.6, 2008 [21]: Oguz KOSE et al., PID CONTROLLED LINE FOLLOWER ROBOT DESIGN ON INDOOR 3D NETWORKS [22]: Fernando Orduña C et.al., ALDRO Learning and Mixed Decision Support Method for Mobile Robot, Workshop Proceedings of the 8th International Conference on Intelligent Environments, J.A Botía et al (Eds.), IOS Press, 2012 [23]: Richard Wallace et al., First Results in Robot Road – Following, Robotics Institute, Carnegie – Mellon University [24]: Dirman Hanafi et al., Wall Follower Autonomous Robot Development Applying Fuzzy Incremental Controller, Intelligent Control and Automation, 2013, 4, 18-25 [25]: Takanori Fukao et al., Adaptive Tracking Control of a Nonholonomic Mobile Robot, IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS AND AUTOMATION, VOL 16, NO 5, OCTOBER 2000 [26]: R Fierro et al., Control of a Nonholonomic Mobile Robot Using Neural Networks, IEEE TRANSACTIONS ON NEURAL NETWORKS, VOL 9, NO 4, JULY 1998 [27]: Xiaoling Wu et.al., An Improved Hardware Design and Navigation Optimization Algorithm for Line Following Robot, Journal of Convergence Information Technology (JCIT) Volume8, Number5,Mar 2013 [28]: Yutaka Kanayama et al., A Stable Tracking Control Method for an Autonomous Mobile Robot, IEEE 1990 [29]: Iman Anvari, Non-holonomic Differential Drive Mobile Robot Control & Design: Critical Dynamics and Coupling Constraints, Master Thesis, ARIZONA STATE UNIVERSITY, December 2013 [30]: Joseph R.Davis, Coeffiction of Friction In Concise Metals Engineering Data Book, 190-197 United State of America: ASM International, 1997 [31]: Joseph L.Jones, Anita M.Flynn & Bruce A.Seiger Mobile Robot Inspirational to Implementation 2nd ed Cambridge, MA: MIT Artificial Intelligence Laboratory Publication Office, 1998 [32]: Portescap Motion Company, DC Motor Catalogue [33]: Iman Anvari, Non-holonomic Differential Drive Mobile Robot Control & Design: Critical Dynamics and Coupling Constraints, A Thesis Presented in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree Master of Science, Arizona State University, December 2013 [34]: Trịnh Chất & Lê Văn Uyển Tính Tốn Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí Tập 2, 116117 Việt Nam, Cơng ty In Cơng Đồn Việt Nam, 2006 [35]: Ninh Đức Tốn Dung Sai Lắp Ghép, 54-55 Việt Nam, Công ty Cổ Phần In Thái Nguyên, 2010 [36]: Ninh Đức Tốn Dung Sai Lắp Ghép, 24-39 Việt Nam, Công ty Cổ Phần In Thái Nguyên, 2010 [37]: MISUMI, Stepped Screws Catalogue [38]: VISHAY, TCRT5000, TCRT5000L Datasheet, Document number: 80112, Rev 1.1, 02-Jul-09 [39]: VISHAY, Application of Optical Reflex Sensors TCRT1000, TCRT5000, CNY70, Document number: 80107, Rev 1.1, 02-02 [40]: TOSHIBA Corporation, TB6612FNG Driver IC for Dual DC motor, 2014-10-01 ... 5.3 Dòng điện tiêu thụ linh kiện mạch 36 MỤC TIÊU ĐỒ ÁN Thiết kế chế tạo xe dò line di chuyển tốc độ cao sa bàn có đặc điểm : - Màu sắc đường line: đen - Màu nền: trắng - Bề rộng đường line: ... 1: TỔNG QUAN Robot dò line trường hợp đặc biệt mobile robot, robot nhận biết vị trí tương đối robot bám theo đường line (line từ, line màu) có Hiện [1] robot dị line ứng dụng rộng rãi môi trường... thơng số đầu vào cho toán thiết kế: - Tốc độ tối đa: vmax = 1.3m/s Bán kính cong tối thiểu: Rmin = 500mm Sai số dò line vị trí line đổi hướng đột ngột: emax = 250mm Sai số dò line đoạn đường thẳng