MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH ẢNH 3 DANH SÁCH BẢNG BIỂU 6 MỤC TIÊU ĐỒ ÁN 7 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 8 1.1. Về sơ đồ nguyên lý: 8 1.2. Về cảm biến: 11 1.3. Về phương pháp xử lý tín hiệu cảm biến: 13 1.4. Về động cơ: 14 1.5. Về cấu trúc điều khiển : 14 1.6. Về giải thuật điều khiển: 15 1.7. Đặt đầu bài : 16 CHƯƠNG 2 : ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 18 2.1. Đề xuất sơ đồ nguyên lý: 18 2.2. Đề xuất động cơ dẫn động: 18 2.3. Đề xuất cảm biến: 19 2.4. Đề xuất giải thuật xử lý tín hiệu: 20 2.5. Đề xuất cấu trúc điều khiển: 20 2.6. Đề xuất giải thuật điều khiển: 22 2.7. Tổng hợp phương án thiết kế: 22 CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ CƠ KHÍ 23 3.1. Lựa chọn bánh xe: 23 3.1.1 Bánh chủ động: 23 3.1.2 Bánh bị động: 23 3.2 Tính toán lựa chọn động cơ: 24 3.3 Kích thước khung xe: 26 3.3.1 Kích thước mặt đế: 26 3.3.2 Chiều cao trọng tâm: 27 3.4 Yêu cầu đồ gá cho động cơ: 28 CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ ĐIỆN 30 4.1 Sơ đồ khối : 30 4.2 Thiết kế cảm biến: 30 4.2.1 Yêu cầu cảm biến: 30 4.2.2 Lựa chọn cảm biến: 31 4.2.3 Phương án sắp xếp cảm biến: 31 4.2.4 Vị trí của dãy cảm biến: 32 4.2.5 Lựa chọn điện trở mạch cảm biến: 32 4.2.6 Khoảng cách giữa cảm biến và mặt đất: 33 4.2.7 Khoảng cách giữa 2 cảm biến: 35 4.3 Lựa chọn driver: 39 4.3.1 Mô hình hóa hệ driverđộng cơ 39 4.3.2 Tìm hàm truyền động cơ: 42 4.4 Nguồn cấp: 46 CHƯƠNG V : MÔ HÌNH HÓA 48 5.1. Mô hình động học robot: 48 5.2 Mô phỏng tìm khoảng cách d: 52 5.3 Mô phỏng sa bàn: 53 5.3.1 Kết quả bám line ở đoạn ABCD: 53 5.3.2 Đoạn DEFC 55 5.3.3 Đoạn CGA 56 5.3.3 Đoạn GACE 58 CHƯƠNG VI : BỘ ĐIỀU KHIỂN. 60 6.1 Lựa chọn vi điều khiển: 60 6.2 Giải thuật điều khiển: 60 6.2.1 Chương trình điều khiển chính: 60 6.2.2 Chương trình con: 62 CHƯƠNG VII : THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 63 7.1 Hình ảnh xe thực tế: 63 7.2 Kết quả thực nghiệm bám line: 64 7.3 Nhận xét: 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 0.1 Sa bàn di chuyển của robot 7 Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý RC cars sử dụng trục truyền động 10 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý RC racing cars sử dụng trục truyền động 10 Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý hai cặp chủ động vi sai loại 2 bánh 11 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hai cặp chủ động vi sai loại 4 bánh 12 Hình 1.5 Robot Johny5 13 Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động cảm biến quang 13 Hình 1.7 Giải thuật xử lý tín hiệu bằng phương pháp so sánh 14 Hình 1.8 Giải thuật xử lý tín hiệu bằng phương pháp xấp xỉ 15 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hai bánh chủ động kết hợp bánh bị động đa hướng 18 Hình 2.2 Cảm biến hồng ngoại TRCT5000 20 Hình 2.3 Hệ điều khiển tập trung 21 Hình 2.4 Cấu trúc hệ điều khiển phân cấp 21 Hình 3.1 Bánh xe V2 23 Hình 3.2 Bánh mắt trâu 24 Hình 3.3 Mô hình các lực tác dụng lên bánh xe 27 Hình 3.4 Mô hình toán khi xe chuyển hướng 29 Hình 3.5 Mô hình 3D mobile robot 30 Hình 4.1 Sơ đồ khối của hệ thống điện 31 Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý cảm biến TCRT5000 32 Hình 4.3 Các cách sắp xếp cảm biến 32 Hình 4.4 Ảnh hưởng của cách đặt cảm biến đến switching distance Xd 33 Hình 4.5 Sự thay đổi giá trị ADC khi đọc trên nền trắng với h từ 020 mm 33 Hình 4.6 Vùng hoạt động của cảm biến 34 Hình 4.7 Lỗi bố trí cảm biến 35 Hình 4.8 Mô hình toán xác định khoản cách giữa hai cảm biến 35 Hình 4.9 Phương pháp kiểm tra nhiễu giữa hai cảm biến 37 Hình 4.10 Sơ đồ bố trí cảm biến 37 Hình 4.11 Tọa độ tâm đường line 39 Hình 4.12 Đồ thị giữa PWM(%) và RPM vận tốc quay của động cơ 1 40 Hình 4.13 Đồ thị giữa PWM(%) và RPM vận tốc quay của động cơ 2 42 Hình 4.14 Đáp ứng của động cơ 1 theo thời gian 42 Hình 4.15 Đáp ứng của động cơ 2 theo thời gian 43 Hình 4.16 Đồ thị đường cong đáp của hệ bậc nhất 43 Hình 4.17 Sơ đồ khối hệ thống driver và động cơ 49 Hình 4.18 Đáp ứng của động cơ 1 sau khi sử dụng bộ điều khiển PID 44 Hình 4.19 Đáp ứng của động cơ 2 sau khi sử dụng bộ điều khiển PID 45 Hình 5.1 Mô hình động học của mobile robot 47 Hình 5.2 Mô hình xác định sai số trong việc mô phỏng 49 Hình 5.3 Sơ đồ khối hệ thống. 50 Hình 5.4 Kết quả mô phỏng sai số max ứng với các giá trị khoảng cách 51 Hình 5.5 Kết quả bám line khoảng cách dược chọn là 51 mm 52 Hình 5.6 Sa bàn di chuyển đoạn ABCD 52 Hình 5.7 Đồ thị sai số trong quá trình di chuyển 53 Hình 5.8 Vận tốc quay hai bánh trên đoạn ABCD 53 Hình 5.9 Vận tốc dài robot trên đoạn ABCD 53 Hình 5.10 Mô phỏng bám line đoạn DEFC và sai số e2 ,e3 54 Hình 5.11 Vận tốc 2 bánh xe trên đoạn DEFC 54 Hình 5.12 Vận tốc dài robot trên đoạn DEFC 55 Hình 5.13 Mô phỏng bám line đoạn CGA và sai số e2 ,e3 55 Hình 5.14 Vận tốc hai bánh trên đoạn CGA 56 Hình 5.15 Vận tốc xe trên đoạn CGA 56 Hình 5.16 Mô phỏng bám line đoạn GACE và sai số e2 ,e3 57 Hình 5.17 Vận tốc hai bánh trên đoạn GACE 57 Hình 5.18 Vận tốc xe trên đoạn GACE 58 Hình 6.1 PIC 18F4550 59 Hình 6.2 Chương trình điều khiển chính 60 Hình 6.3 Chương trình con điều khiển 61 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Ưu nhược điểm của các loại động cơ 19 Bảng 3.1. Các thông số đầu vào tính toán lựa chọn động cơ 24 Bảng 3.2 Các linh kiện đặt trên khung xe và kích thước của chúng 26 Bảng 4.1 Thông số cảm biến TCRT5000 30 Bảng 4.2 Calib cảm biến 36 Bàng 4.3 Số liệu thử nghiệm L298 với động cơ 1 39 Bàng 4.4 Số liệu thử nghiệm L298 với động cơ 2 40 Bảng 4.5 Dòng điện tiêu thụ các linh kiện trong mạch 45 Bảng 5.1 Thông số đầu vào mô phỏng tìm khoảng cách d 51 MỤC TIÊU ĐỒ ÁN Thiết kế, chế tạo một robot dò line thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật như sau : tốc độ di chuyển tối thiểu là 0.2 ms.Robot mang trên người một tải nặng 2kg. Quỹ đạo mong muốn của robot được thể hiện như Hình 0.1 ,với thứ tự di chuyển được quy định như sau: Hình 0.1 Sa bàn di chuyển của robot Thứ tự di chuyển: (START) A B C D E F C G A C E (END) CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN Giới thiệu chung: Robot dò line (line following robot) là một dạng robot di động (mobile robot) di chuyển bằng bánh xe. Robot này được thiết kế mục đích bám theo một đường line được kẻ,vẽ hoặc dán trên mặt đất. Quỹ đạo di chuyển được thiết kế tùy theo mong muốn của người sử dụng. Ứng dụng trong việc vận chuyển hàng hóa tự động trong các nhà kho, xưởng sản xuất,cảng 1 , dùng làm nền tảng cho nhiều nghiên cứu kỹ thuật nhận diện 68 11 và thiết kế bộ điều khiển 16 17 19 cũng như đề tài cho nhiều cuộc thi về kỹ thuật. Một robot dò line gồm các phần chính là : bộ phận khung xe, các bánh xe được dẫn động bởi động cơ,hệ thống cảm biếnđóng vai trò như đôi mắt dùng để nhận biết line, bộ phận điều khiển,bộ phận nguồn và tải. 1.1. Về sơ đồ nguyên lý: Rất nhiều sơ đồ nguyên lý có thể được ứng dụng cho việc chế tạo robot dò line. Để đạt được tốc độ và khả năng bám đường, sơ đồ nguyên lý của các loại xe đua điều khiển từ xa (RC racing cars) có thể được sử dụng. Có hai loại sơ đồ nguyên lý chung cho các loại xe đua chuyên chạy trên mặt đường phẳng, đó là: Loại 1(Hình 1.1) sử dụng trục truyền động cho trục trước và sau xe (Khung xe của hãng Awesomatrix, TAMIYA TT01, Overdose Divall…). Loại 2(Hình 1.2) sử dụng đai răng truyền động cho trục trước và sau xe (Khung xe của hãng Sakura D3 CS, Serpent VETEQ 02, TA04 EPRO…).
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Cơng MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH ẢNH DANH SÁCH BẢNG BIỂU MỤC TIÊU ĐỒ ÁN CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Về sơ đồ nguyên lý: 1.2 Về cảm biến: 11 1.3 Về phương pháp xử lý tín hiệu cảm biến: .13 1.4 Về động cơ: .14 1.5 Về cấu trúc điều khiển : 14 1.6 Về giải thuật điều khiển: 15 1.7 Đặt đầu : 16 CHƯƠNG : ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 18 2.1 Đề xuất sơ đồ nguyên lý: 18 2.2 Đề xuất động dẫn động: 18 2.3 Đề xuất cảm biến: 19 2.4 Đề xuất giải thuật xử lý tín hiệu: .20 2.5 Đề xuất cấu trúc điều khiển: 20 2.6 Đề xuất giải thuật điều khiển: 22 2.7 Tổng hợp phương án thiết kế: 22 CHƯƠNG : THIẾT KẾ CƠ KHÍ 23 3.1 Lựa chọn bánh xe: .23 3.1.1 Bánh chủ động: .23 3.1.2 Bánh bị động: 23 3.2 Tính tốn lựa chọn động cơ: .24 3.3 Kích thước khung xe: 26 3.3.1 Kích thước mặt đế: 26 3.3.2 Chiều cao trọng tâm: .27 3.4 Yêu cầu đồ gá cho động cơ: 28 CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ ĐIỆN 30 4.1 Sơ đồ khối : .30 4.2 Thiết kế cảm biến: 30 NHÓM ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ 4.2.1 GVHD: TS Phùng Trí Cơng u cầu cảm biến: 30 4.2.2 Lựa chọn cảm biến: .31 4.2.3 Phương án xếp cảm biến: 31 4.2.4 Vị trí dãy cảm biến: 32 4.2.5 Lựa chọn điện trở mạch cảm biến: 32 4.2.6 Khoảng cách cảm biến mặt đất: 33 4.2.7 Khoảng cách cảm biến: 35 4.3 Lựa chọn driver: 39 4.3.1 Mơ hình hóa hệ driver-động .39 4.3.2 Tìm hàm truyền động cơ: 42 4.4 Nguồn cấp: 46 CHƯƠNG V : MƠ HÌNH HĨA 48 5.1 Mơ hình động học robot: .48 5.2 Mơ tìm khoảng cách d: 52 5.3 Mô sa bàn: 53 5.3.1 Kết bám line đoạn A-B-C-D: 53 5.3.2 Đoạn D-E-F-C 55 5.3.3 Đoạn C-G-A 56 5.3.3 Đoạn G-A-C-E 58 CHƯƠNG VI : BỘ ĐIỀU KHIỂN 60 6.1 Lựa chọn vi điều khiển: .60 6.2 Giải thuật điều khiển: 60 6.2.1 Chương trình điều khiển chính: 60 6.2.2 Chương trình con: 62 CHƯƠNG VII : THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 63 7.1 Hình ảnh xe thực tế: .63 7.2 Kết thực nghiệm bám line: 64 7.3 Nhận xét: 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 NHÓM ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Cơng DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 0.1 Sa bàn di chuyển robot .7 Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý RC cars sử dụng trục truyền động 10 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý RC racing cars sử dụng trục truyền động 10 Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý hai cặp chủ động vi sai loại bánh .11 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hai cặp chủ động vi sai loại bánh .12 Hình 1.5 Robot Johny-5 .13 Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động cảm biến quang 13 Hình 1.7 Giải thuật xử lý tín hiệu phương pháp so sánh 14 Hình 1.8 Giải thuật xử lý tín hiệu phương pháp xấp xỉ 15 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hai bánh chủ động kết hợp bánh bị động đa hướng 18 Hình 2.2 Cảm biến hồng ngoại TRCT5000 20 Hình 2.3 Hệ điều khiển tập trung 21 Hình 2.4 Cấu trúc hệ điều khiển phân cấp 21 Hình 3.1 Bánh xe V2 23 Hình 3.2 Bánh mắt trâu 24 Hình 3.3 Mơ hình lực tác dụng lên bánh xe 27 Hình 3.4 Mơ hình toán xe chuyển hướng .29 Hình 3.5 Mơ hình 3D mobile robot 30 Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống điện 31 Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý cảm biến TCRT5000 32 Hình 4.3 Các cách xếp cảm biến 32 Hình 4.4 Ảnh hưởng cách đặt cảm biến đến switching distance Xd 33 Hình 4.5 Sự thay đổi giá trị ADC đọc trắng với h từ 0-20 mm 33 Hình 4.6 Vùng hoạt động cảm biến .34 Hình 4.7 Lỗi bố trí cảm biến 35 NHÓM 3 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Cơng Hình 4.8 Mơ hình tốn xác định khoản cách hai cảm biến 35 Hình 4.9 Phương pháp kiểm tra nhiễu hai cảm biến .37 Hình 4.10 Sơ đồ bố trí cảm biến 37 Hình 4.11 Tọa độ tâm đường line 39 Hình 4.12 Đồ thị PWM(%) RPM vận tốc quay động 40 Hình 4.13 Đồ thị PWM(%) RPM vận tốc quay động 42 Hình 4.14 Đáp ứng động theo thời gian 42 Hình 4.15 Đáp ứng động theo thời gian 43 Hình 4.16 Đồ thị đường cong đáp hệ bậc .43 Hình 4.17 Sơ đồ khối hệ thống driver động 49 Hình 4.18 Đáp ứng động sau sử dụng điều khiển PID 44 Hình 4.19 Đáp ứng động sau sử dụng điều khiển PID 45 Hình 5.1 Mơ hình động học mobile robot 47 Hình 5.2 Mơ hình xác định sai số việc mơ .49 Hình 5.3 Sơ đồ khối hệ thống 50 Hình 5.4 Kết mô sai số max ứng với giá trị khoảng cách .51 Hình 5.5 Kết bám line khoảng cách dược chọn 51 mm .52 Hình 5.6 Sa bàn di chuyển đoạn A-B-C-D 52 Hình 5.7 Đồ thị sai số trình di chuyển 53 Hình 5.8 Vận tốc quay hai bánh đoạn A-B-C-D 53 Hình 5.9 Vận tốc dài robot đoạn A-B-C-D 53 Hình 5.10 Mơ bám line đoạn D-E-F-C sai số e2 ,e3 .54 Hình 5.11 Vận tốc bánh xe đoạn D-E-F-C 54 Hình 5.12 Vận tốc dài robot đoạn D-E-F-C 55 Hình 5.13 Mơ bám line đoạn C-G-A sai số e2 ,e3 55 Hình 5.14 Vận tốc hai bánh đoạn C-G-A 56 Hình 5.15 Vận tốc xe đoạn C-G-A 56 Hình 5.16 Mơ bám line đoạn G-A-C-E sai số e2 ,e3 57 Hình 5.17 Vận tốc hai bánh đoạn G-A-C-E 57 NHÓM ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Cơng Hình 5.18 Vận tốc xe đoạn G-A-C-E 58 Hình 6.1 PIC 18F4550 59 Hình 6.2 Chương trình điều khiển 60 Hình 6.3 Chương trình điều khiển 61 NHÓM ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Cơng DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Ưu nhược điểm loại động 19 Bảng 3.1 Các thơng số đầu vào tính tốn lựa chọn động 24 Bảng 3.2 Các linh kiện đặt khung xe kích thước chúng .26 Bảng 4.1 Thông số cảm biến TCRT5000 .30 Bảng 4.2 Calib cảm biến 36 Bàng 4.3 Số liệu thử nghiệm L298 với động 39 Bàng 4.4 Số liệu thử nghiệm L298 với động 40 Bảng 4.5 Dòng điện tiêu thụ linh kiện mạch 45 Bảng 5.1 Thông số đầu vào mơ tìm khoảng cách d 51 NHÓM ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Cơng MỤC TIÊU ĐỒ ÁN Thiết kế, chế tạo robot dò line thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật sau : tốc độ di chuyển tối thiểu 0.2 m/s.Robot mang người tải nặng 2kg Quỹ đạo mong muốn robot thể Hình 0.1 ,với thứ tự di chuyển quy định sau: Hình 0.1 Sa bàn di chuyển robot Thứ tự di chuyển: (START) A B C D E F C G A C E (END) NHÓM ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Cơng CHƯƠNG : TỔNG QUAN Giới thiệu chung: Robot dò line (line following robot) dạng robot di động (mobile robot) di chuyển bánh xe Robot thiết kế mục đích bám theo đường line kẻ,vẽ dán mặt đất Quỹ đạo di chuyển thiết kế tùy theo mong muốn người sử dụng Ứng dụng việc vận chuyển hàng hóa tự động nhà kho, xưởng sản xuất,cảng [1] , dùng làm tảng cho nhiều nghiên cứu kỹ thuật nhận diện [6][8] [11] thiết kế điều khiển [16] [17] [19] đề tài cho nhiều thi kỹ thuật Một robot dò line gồm phần : phận khung xe, bánh xe dẫn động động cơ,hệ thống cảm biến-đóng vai trị đơi mắt dùng để nhận biết line, phận điều khiển,bộ phận nguồn tải 1.1 Về sơ đồ nguyên lý: 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, là: Loại 1(Hình 1.1) sử dụng trục truyền động cho trục trước sau xe (Khung xe hãng Awesomatrix, TAMIYA TT01, Overdose Divall…) Loại 2(Hình 1.2) sử dụng đai truyền động cho trục trước sau xe (Khung xe hãng Sakura D3 CS, Serpent VETEQ 02, TA04 EPRO…) NHÓM ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Cơng a Khung xe hãng Overdose Divall b Sơ đồ nguyên lý sử dụng trục truyền động Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý RC cars sử dụng trục truyền động a Khung xe hãng TA04 EPRO b Sơ đồ nguyên lý sử dụng đai truyền động Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý RC racing cars sử dụng đai truyền động Những sơ đồ nguyên lý có đặc điểm : Ưu điểm : Hạn chế tượng trượt bánh xe thực đổi hướng NHÓM ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Cơng Nhược điểm: thiết kế khí phức tạp bán kính cong nhỏ xe bị giới hạn kết cấu xe Giá thành cao Mặt khác, sơ đồ nguyên lý nhiều xe đua dò line HBFS-2 ( Robot Challenge 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 1.3) Sơ đồ nguyên lý có đặc điểm : Ưu điểm: kết cấu, mơ hình động học đơn giản, dễ hiệu chỉnh sai số hệ thống cho phép xe di chuyển theo bán kính nhỏ, kể việc quay chỗ Nhược điểm : xe dễ bị trượt theo phương pháp tuyến thực việc bám theo đoạn đường bán kính nhỏ tốc độ cao a Mẫu xe đội Sylvestre b Sơ đồ nguyên lý loại bánh Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý hai cặp chủ động vi sai loại bánh Ngoài ra, dạng khác sơ đồ nguyên lý xe đua CartisX04 (All Japan Micromouse 2015), Mouse (RobotChallenge 2014)… sử dụng (Hình 1.4) Ở sơ đồ này, bánh xe vi sai chủ động thay cặp bánh Sơ đồ nguyên lý có đặc điểm : Ưu điểm : giúp xe dễ cân Nhược điểm :kết cấu khí phức tạp ln xuất hiện tượng trượt bánh xe đổi hướng NHÓM 10 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Cơng Trong đoạn A-B-C-D, sai số lớn e2 lớn khúc giao B, có chuyển hướng đột ngột dẫn đến sai số lớn, nhiên sai số đoạn 20 mm ,nhỏ sai số yêu cầu đề Trên đoạn A-B B-D sai số tương đối ổn định (Hình 5.7) Nhận thấy trình chạy, tốc độ góc bánh xe khơng vượt q giới hạn cho phép động 5.3.2 Đoạn D-E-F-C a.Sa bàn di chuyển đoạn D-E-F-C b Sai số e2, e3 Hình 5.10 Mô bám line đoạn D-E-F-C sai số e2 ,e3 Hình 5.11 Vận tốc bánh xe đoạn D-E-F-C NHÓM 57 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Cơng Hình 5.12 Vận tốc dài robot đoạn D-E-F-C Trong đoạn D-E-F-C, sai số lớn e2 lớn khúc giao G với giá trị 13 mm, có chuyển hướng đột ngột từ line cong sang line thẳng dẫn đến sai số lớn Trên đoạn D-E-F F-C sai số tương đối ổn định (Hình 5.10 b) 5.3.3 Đoạn C-G-A a.Sa bàn di chuyển đoạn C-G-A b Sai số e2 e3 Hình 5.13 Mơ bám line đoạn C-G-A sai số e2 ,e3 NHÓM 58 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Cơng Hình 5.14 Vận tốc hai bánh đoạn C-G-A Hình 5.15 Vận tốc xe đoạn C-G-A Các thông số mô chuyển động sensor cảm biến, sai số e2, e3, vận tốc xe số vịng quay bánh xe q trình chuyển động đoạn C-G-A mơ tả hình 5.13 đến 5.15 Trong đoạn C-G-A, sai số lớn e2 lớn khúc giao G với giá trị -17 mm, có chuyển hướng đột ngột dẫn đến sai số lớn Trên đoạn C-G G-A sai số tương đối ổn định (Hình 5.13 b) NHĨM 59 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ 5.3.3 GVHD: TS Phùng Trí Cơng Đoạn G-A-C-E a.Sa bàn di chuyển đoạn G-A-C-E b Sai số e2, e3 Hình 5.16 Mô bám line đoạn G-A-C-E sai số e2 ,e3 Hình 5.17 Vận tốc hai bánh đoạn G-A-C-E NHÓM 60 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Cơng Hình 5.18 Vận tốc xe đoạn G-A-C-E Các thông số mô chuyển động sensor cảm biến, sai số e2, e3, vận tốc xe số vòng quay bánh xe trình chuyển động đoạn G-A-C-E mơ tả Hình 5.4.4 Trong đoạn G-A-C-E , có khúc cua 900 làm cho sai số e2 vị trí lớn -23 mm Tuy nhiên sai số chấp nhận q trình chạy Trong trình di chuyển, vận tốc xe thay đổi (Hình 5.18 ) vị trí bẻ cua 900 vận tốc xe giảm nhiều nhất, điều cần lưu ý áp dụng giải thuật cho mơ hình xe thật NHĨM 61 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Công CHƯƠNG : BỘ ĐIỀU KHIỂN 6.1 Lựa chọn vi điều khiển: Giải thuật điều khiển tập trung sử dụng vi điều khiển đảm nhận tất chức năng, bao gồm: đọc xử lí tín hiệu từ cảm biến , điều khiển động thông qua driver đọc giá trị encoder Đặt yều cầu vi điều khiển đáp ứng nhu cầu đặt cho robot, cụ thể: Có kênh đọc giá trị analog, có kênh điều khiển độ rộng xung PWM đọc tín hiệu từ encoder tới tần số cao Nhóm định chọn vi điều khiển Pic 18F4550, thỏa mãn tất yêu cầu Hình 6.1 PIC 18F4550 6.2 Giải thuật điều khiển: 6.2.1 Chương trình điều khiển chính: NHĨM 62 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Cơng Hình 6.2 Chương trình điều khiển NHÓM 63 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Cơng 6.2.2 Chương trình con: Hình 6.3 Chương trình điều khiển NHĨM 64 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Cơng CHƯƠNG : THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 7.1 Hình ảnh xe thực tế: Hình 7.1 Ảnh xe thực tế Hình 7.2 Ảnh xe thực tế NHÓM 65 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ NHÓM GVHD: TS Phùng Trí Cơng 66 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Cơng 7.2 Kết thực nghiệm bám line: Hình 7.3 Ảnh xe bám line 1-ơm cua vị trí G Hình 7.4 Ảnh xe bám line 2- tới vị trí B NHĨM 67 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Cơng 7.3 Nhận xét: Kết chạy mô thực tế của xe theo vR = 0,9 m/s đường line thể Hình 7.3, Hình 7.4 Hình 7.5 Ba 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 = ±11mm đoạn đổi hướng: emax = 250mm), 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 ảnh hưởng độ đồng trục hai động - Sai số tốc độ hai động Hình 7.5 Kết chạy mơ NHÓM 68 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ - GVHD: TS Phùng Trí Cơng 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: - Thực thí nghiệm nhằm đánh giá sai số vận tốc động để đưa vào mơ - Thực nghiệm thí nghiệm để đánh giá ảnh hưởng mơi trường thực nghiệm lên giá trị đọc hệ thống cảm biến để thực biện pháp xử lý phù hợp NHÓM 69 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Cơng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] DAIFUKU, SMARTCART, Automatic Guided Cart Installed Systems [2] Andrew Reed Bacha, Line Detection and Lane Following for an Autonomous Mobile Robot, MS diss., Virginia Polytechnic Institute and State University, 2005 [3] Bruno Siciliano & Oussama Khatib, chapter 17.2.2-17.2.6, Springer handbook of robotics Germany: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2008 [4] 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 [5] 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 [6] 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 [7] Mustafa Engin, Dilúad Engin, Path Planing of Line Follower Robot, Proceedings of the 5th European DSP Education and Research Conference, 2012 [8] 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 [9] M S Islam & M A Rahman, Design and Fabrication of Line Follower Robot, Asian Journal of Applied Science and Engineering, Volume 2, No (2013) [10] Khin Hooi Ng et al., Adaptive Phototransistor Sensor for Line Finding, International Symposium on Robotics and Intelligent Sensors 2012 (IRIS 2012) [11] 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 [12] M Zafri Baharuddin et al., Analysis of Line Sensor Configuration for the Advanced Line Follower Robot, Universiti Tenaga Nasional, Malaysia NHÓM 70 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phùng Trí Công [13] Pascal Dufour, Ole Gudiksen Intelligent line following for vision enabled mobile robots, Master’s thesis Technical University of Denmark, DTU Elektro, pp.6, 2008 [14]: Oguz KOSE et al., PID CONTROLLED LINE FOLLOWER ROBOT DESIGN ON INDOOR 3D NETWORKS [15]: Dirman Hanafi et al., Wall Follower Autonomous Robot Development Applying Fuzzy Incremental Controller, Intelligent Control and Automation, 2013, 4, 18-25 [16]: Takanori Fukao et al., Adaptive Tracking Control of a Nonholonomic Mobile Robot, IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS AND AUTOMATION, VOL 16, NO 5, OCTOBER 2000 [17]: R Fierro et al., Control of a Nonholonomic Mobile Robot Using Neural Networks, IEEE TRANSACTIONS ON NEURAL NETWORKS, VOL 9, NO 4, JULY 1998 [18]: 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 [19]: Yutaka Kanayama et al., A Stable Tracking Control Method for an Autonomous Mobile Robot, IEEE 1990 NHÓM 71 ... trắng 700 600 Giá trị ADC 500 400 300 20 0 100 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Độ cao Hình 4.6 Sự thay đổi giá trị ADC đọc trắng với h từ 0- 20 mm ADC đen 1 20 0 Giá trị ADC 100 0 800 600 400 20 0 10 11... với động 1: STT 10 11 12 13 14 15 16 17 NHÓM PWM (%) 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 RPM (vòng/phút) 78 93 108 125 144 155 173 1 90 20 7 22 2 23 8 25 5 27 1 28 7 300 311 322 40 ĐỒ... 15 16 17 NHÓM PWM (%) 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 RPM (vòng/phút) 81 96 1 12 128 144 1 60 176 193 20 9 22 5 24 1 25 6 27 3 28 8 301 3 12 3 20 41 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ