Điều khiển phi tuyến biped robot

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN ĐỨC NGỌC HOÀNG ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN BIPED ROBOT CHUN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HĨA Niên khóa: 2009 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2011 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa Cán chấm nhận xét 1: Cán chậm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH Ngày ……tháng……năm… TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP - TỰ DO – HẠNH PHÚC - -Tp HCM, ngày …… tháng …… năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : NGUYỄN ĐỨC NGỌC HOÀNG Ngày, tháng, năm sinh : 07-03-1986 Chuyên ngành : Tự Động Hoá I.TÊN ĐỀ TÀI : Phái : Nam Nơi sinh : Bình Thuận MSHV : 09150952 ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN BIPED ROBOT II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Khảo sát phương thức di chuyển biped robot - Tìm hiểu, thiết kế thực phần khí mạch điện điều khiển cho robot - Xây dựng mơ hình động học, động lực học, điều khiển phi tuyến cho mơ hình Biped Robot liên kết di chuyển chân không gian 2D III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : …………………… IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: …………………… V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS Dương Hoài Nghĩa CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MƠN KHOA QL.CHUN NGÀNH PGS.TS Dương Hồi Nghĩa Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày …… tháng …… năm 2011 Em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy PGS TS Dương Hồi Nghĩa q trình nghiên cứu đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy mơn Tự động hóa giúp đỡ hỗ trợ em nhiều trình học tập hoàn thành luận án Thạc sỹ Xin chân thành cảm ơn Anh, Chị lớp Tự động hóa 09 bạn khác hỗ trợ thời gian thực luận văn Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng năm 2011 Học viên Nguyễn Đức Ngọc Hồng TĨM TẮT LUẬN VĂN Với trình độ khoa học ngày phát triển ngày người ngày có nhiều hội để tiếp xúc, làm việc, sử dụng tiến kỹ thuật mà khoa học mang lại Nền khoa học ngày phát triển hệ robot đời ngày thơng minh hình thành hệ robot giống người (humanoid robot) có khả phục vụ tốt cho nhu cầu sản xuất công nghiệp, giải phóng người khỏi cơng việc khó khăn,cũng trợ giúp người sống thường ngày Vì vậy, biped robot đề tài nghiên cứu ứng dụng lớn nhà khoa học, trường đại học bước phát triển cao kỹ thuật robot Đề tài gồm có chương: Chương Tổng quan Chương Khái niệm Chương Phân tích phương thức di chuyển Chương Thiết kế khí Chương Thiết kế mạch điện Chương Giao diện giải thuật điều khiển Chương Mơ hình đối tượng biped Chương Xây dựng sơ đồ khối simulink cho mô hình biped robot Chương Kết luận hướng phát triển đề tài MỤC LỤC CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.3 Khái quát luận văn CHƯƠNG : KHÁI NIỆM 12 15 2.1 Mô tả hệ trục 16 2.2 Vấn đề di chuyển biped robot 17 2.3 Tính ổn định 18 CHƯƠNG : PHÂN TÍCH PHƯƠNG THỨC DI CHUYỂN 22 3.1 Dáng người 23 3.2 Dáng người trình di chuyển thẳng 26 3.3 Di chuyển theo đường vòng 27 3.4 Các vấn đề cần quan tâm thiết kế robot 29 CHƯƠNG : THIẾT KẾ CƠ KHÍ 30 4.1 Giới thiệu 31 4.2 Mô tả khái quát thể người 31 4.3 Thiết kế phần khí 34 CHƯƠNG : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN 41 5.1 Giới thiệu mạch điện robot 42 5.2 Module đo lường quán tính IMU 42 5.3 Cơ cấu chấp hành 43 5.4 Board mạch 49 5.5 Chọn nguồn cho biped robot 50 5.6 Kết luận phần mạch điện cho robot 52 CHƯƠNG : GIAO DIỆN VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 53 6.1 Khái qt ngơn ngữ lập trình sử dụng biped robot 54 6.2 Giao diện điều khiển VB 56 6.3 Mô tả thao tác cho biped robot 60 6.4 Kết luận phần mềm xây dựng cho robot 61 CHƯƠNG : MƠ HÌNH ĐỐI TƯỢNG BIPED THANH 62 7.1 Giới thiệu đối tượng Biped Robot 63 7.2 Động học robot 64 7.3 Động lực học robot 65 7.4 Giải thuật điều khiển 69 7.5 Áp dụng giải thuật điều khiển vào biped robot 71 7.6 Tạo tín hiệu mẫu cho biped robot 75 CHƯƠNG : XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI SIMULINK CHO MƠ HÌNH BIPED ROBOT 76 8.1 Mơ Simulink mô biped giải thuật trượt 77 8.2 Mơ biped giải thuật tuyến tính hóa vào/ra 94 CHƯƠNG 9: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 9.1 Kết luận 9.2 Hướng phát triển đề tài Tài liệu kham khảo Phụ lục Phương trình động lực học biped liên kết Càm biến góc IMU 99 99 100 101 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 1.11 Hình 1.12 Elvis Elvina Priscilla Murphy Guroo Senchans Viki DB Robot Pino 10 Asimo 11 Thiết kế hoàn chỉnh mơ hình 12 Những góc nhìn khác mơ hình biped robot 13 Hình 2.1 Hình 2.2 Hệ tham chiếu 16 PoS đa giác lồi tất điểm liên kết 19 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Quá trình điều khiển vận động 23 Chu trình bước 24 Chu trình bước với hướng nhìn từ bên hơng 27 Chu trình bước với hướng nhìn trực diện 27 Bước theo đường cong 28 Hình 4.1 Hình 4.2 Hình 4.3 Hình 4.4 Hình 4.5 Hình 4.6 Hình 4.7 Hình 4.8 Hình 4.9 Hình 4.10 Hình 4.11 Cơ thể người đề cập đến Leonardo da Vinci’s 31 Hình dạng thiết kế biped robot sau hoàn thành 34 Bàn chân biped robot 35 Các miếng nhôm gia công thuận tiện cho việc lắp ráp 35 Miếng nhôm gia công cho phần khớp gối khớp đùi 36 Miếng nhôm sau lắp RC Servo vào 36 chân trái phải sau hoàn thành 37 Miếng nhôm gia công lắp ráp cho khớp hông 37 Thiết kế tay đầu biped robot 38 miếng nhôm lắp ráp cho phần thân biped robot 39 Phần thân biped robot 39 Hình 4.12 Mơ hình khí hồn thành biped robot 40 Hình 5.1 Hình 5.2 Hình 5.3 Hình 5.4 Hình 5.5 Hình 5.6 Hình 5.7 Hình 5.8 Hình 5.9 Module IMU dùng robot 43 Sơ đồ bố trí RC Servo mơ hình 44 RC MG996R Towardpro S3001 Futaba 45 Điều khiển vị trí trục động cách điều chế độ rộng xung 47 Các đường dây hồi tiếp biến trở Pic 16F887 để xác định góc 48 Board mạch điều khiển robot 49 Sơ đồ điều khiển RC Servo 50 Sơ đồ kết nối nguồn ATX 51 Hình dạng biped robot sau dây điện 52 Hình 6.1 Hình 6.2 Hình 6.3 Hình 6.4 Hình 6.5 Hình 6.6 Hình 6.7 Hình 6.8 Lưu đồ thực động tác Walking 55 Giao diện điều khiển biped robot Visual Basic 56 Giao diện Walking 57 Thứ tự khớp biped robot 58 Xác định chiều khớp 59 Biểu đồ biểu diễn góc quay khớp 59 Mô động tác bước biped robot 60 Mô động tác bước biped robot (tiếp theo) 61 Hình 7.1 Hình 7.2 Hệ tọa độ thơng số mơ hình Biped 63 Trạng thái chân chạm đất biped robot 66 Hình 8.1 Hình 8.2 Hình 8.3 Hình 8.4 Hình 8.5 Hình 8.6 Hình 8.7 Hình 8.8 Hình 8.10 Hình 8.11 Hình 8.12 Hình 8.13 Hình 8.14 Sơ đồ khối biped sử dụng giải thuật điều khiển trượt 77 Khối mô biped robot 78 Bên khối biped robot 79 Khối Động Lực Học 80 Bên Khối Động lực học 81 m-file Biped_Robot 82 Khối điều khiển 83 Khối điều khiển biped robot 84 Tính tốn giá trị q0_2dot 85 Khối tạo liệu mẫu 86 Tập liệu mẫu 86 Display Signal 87 Bên khối Display Signal 88 Hình 8.15 Hình 8.16 Hình 8.17 Hình 8.18 Hình 8.19 Hình 8.20 Hình 8.21 Hình 8.22 Hình 8.23 Hình 8.24 Hình 8.25 Kết mơ tín hiệu mẫu tín hiệu ngõ 89 Moment 90 Sai số tín hiệu đặt tín hiệu ngõ khớp 91 Nút nhấn 92 Animation bước biped 92 Animation biped bước cầu thang 93 Mô biped giải thuật tuyến tính hóa vào/ra 94 Khồi điều khiền 95 Bên khối điều khiển 96 Kết mơ tín hiệu mẫu tín hiệu ngõ 97 Sai số tín hiệu đặt tín hiệu ngõ khớp 98 CHƯƠNG 9: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI +Tìm hiểu mơ hình đối tượng Robot Biped 2D, liên kết Giải vấn đề động học động lực học cho biped robot +Xây dựng mơ hình Simulink cho đối tượng Matlab bao gồm: động lực học robot giai đoạn Single Phase áp dụng giải thuật điều khiển phi tuyến vào mơ hình 9.2 Hướng phát triển: +Mơ hình thực mà tác giả thi cơng humanoid robot với 12 bậc tự do, luận văn tác giả điều khiển cho robot thực bước thao tác đơn giản.Với trình nghiên cứu làm việc, tác giả hy vọng nâng cấp mơ hình biped robot thành mơ hình có kích cỡ lớn điều khiển linh hoạt + Ngoài thực nghiên cứu điều khiển bám theo góc quay cho Biped Robot theo hướng có tính linh hoạt mạng nơron, fuzzy, điều khiển trượt số mô hình điều khiển thích nghi khác Trang 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU KHAM KHẢO [1] Nguyễn Đức Thành, Mathlab ứng dụng điều khiển, nhà xuất đại học quốc gia [2] Lê Hoài Quốc, Kỹ thuật người máy, phần 1: Robot công nghiệp, nhà xuất đại học quốc gia TPHCM [3] Trần Thế Sang, Cơ sở nghiên cứu sáng tạo Robot, Nhà xuất thống kê [4] [Mu and Wu, 2004] Mu, X and Wu, Q (2004) Development of a complete dynamic model of a planar five-link biped and sliding mode control of its locomotion during the double support phase International Journal of Control [CD-ROM TAILIEUKHAMKHAO /modeling/dynamic model biped mu wu.pdf] [6] [Bachar, 2004] Bachar, Y (2004) Developing controllers for biped humanoid locomotion Technical report, University of Edinburgh, School of Informatics [CD-ROM TAILIEUKHAMKHAO/control/developing controllers for biped.pdf] [8] [Christensen et al., 2006] Christensen, J., Nielsen, J L., Svendsen, M S., Svenstrup,M S., Winter, K., and Ørts, P F (2006) Modelling and control of a biped robot Technical report, Aalborg University, Institute of electronic systems, Department of Control Engineering [CD-ROM TAILIEUKHAMKHAO /modeling/p8 report.pdf] [9] [Courtine and Schieppati, 2004] Courtine, G and Schieppati, M (2004) Human walking along a curved path: Body trajectory, segment orientation and the effect of vision European Journal of Neuroscience, vol 18 [CD-ROM TAILIEUKHAMKHAO / gait/human walk curved path 1.pdf] [10] [Erbatur et al., 2002] Erbatur, K., Okazaki, A., Obiya, K., Takahashi, T., and Kawamura, A (2002) A study on the zero moment point measurement for biped walking robots 7th International Workshop on Advanced Motion Control, IEEE [CD-ROM TAILIEUKHAMKHAO /modeling/zmp measure.pdf] [11] [Popovic, 2006] Popovic, D B (2006) Control of walking in humans [CD-ROM TAILIEUKHAMKHAO/gait/popovic control of walking in humans.pdf] [12] [Santos and Silva, 2005] Santos, V M F and Silva, F M T (2005) Engineering solutions to build an inexpensive humanoid robot based on a distributed control architecture - 5th IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots [CD-ROM TAILIEUKHAMKHAO/feet/straingauge biped2.pdf] [13] O Haavisto and H.Hyotyniemi, “Simulation Tool of a Biped Walking Robot Model,” Technical Report 138, Helsinki University of Technology, Control Engineering Laboratory, 2004 Trang 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO [14] The MathWorks, Inc., Matlab_The Language of www.mathworks Com) Technical Computing, (see [15] [HiTec, 2005] HiTec (2005) Announced specification of HS-645MG standard deluxe high torque servo [CD-ROM DATASHEETS /HS645MG servomotor.pdf] [16] [InvenSense Inc, 2006] InvenSense Inc (2006) Integrated Dual-Axis Gyro, IDG300 [CD-ROM DATASHEETS/IDG-300 Datasheet imu gyroscope.pdf] [17] [Analog Devices, 2000] Analog Devices (2000) Precision Single Supply Instrumentation Amplifier, AMP04 [CD-ROM DATASHEETS/amp04.pdf] [18] [Spark Fun Electronics, 2006] Spark Fun Electronics (2006) Spark Fun Electronics http://www.sparkfun.com Trang 102 PHỤ LỤC 1: PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC BIPED THANH LIÊN KẾT PHỤ LỤC : PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC BIPED THANH LIÊN KẾT Phương trình động lực học biped robot có dạng sau: D (q).q  hq (q, q )  Gq (q)  Tq Trong thành phần phương trình xác định sau :  D  [ Dij ] D11  I1  m1d12  (m2  m3  m4  m5 )l12 ; D12  p12 cos(1   ); p12  m2 d 2l1  (m3  m4  m5 )l1l2 ; D13  p13 cos(1  3 ); p13  m3l1d3 ; D14  p14 cos(1   ); p14  m4 l1 (l4  d )  m5l1l4 ; D15  p15 cos(1  5 ); p15  m5l1 (l5  d5 ) ; D21  D12 ; D22  I  m2 d 2  (m3  m4  m5 )l2 ; D23  p23 cos(  3 ); p23  m3l2 d ; D24  p24 cos(   ); p24  m4l2 (l4  d )  m5l2l4 ; D25  p25 cos(   ); p25  m5l2 (l5  d5 ) ; D31  D13 ; D32  D23 ; D33  I3  m3 d3 ; D34  D35  ; D41  D14 ; D42  D24 ; D43  D34  ; D44  I  m4 (l4  d )  m5l4 ; D45  p45 cos(  5 ); p45  m5l4 (l5  d5 ) ; Trang 99 PHỤ LỤC 1: PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC BIPED THANH LIÊN KẾT D51  D15 ; D52  D25 ; D53  D35  ; D54  D45 ; D55  I  m5 (l5  d5 )2 ;  hq h122  p12 sin(1   ) ; h133  p13 sin(1  3 ) ; h144   p14 sin(1   ) ; h155   p15 sin(1   ) ; h211   p12 sin(1   ) ; h233  p23 sin(  3 ) ; h244   p24 sin(   ) ; h255   p25 sin(   ) ; h311   p13 sin(1   ) ; h322   p23 sin(   ) ; h344  h355  ; h411   p14 sin(1   ) ; h422   p24 sin(   ) ; h433  ; h455  p45 sin(  5 ) ; h511   p15 sin(1   ) ; h522   p25 sin(  5 ) ; h533  ; h544   p45 sin(  5 ) ;  Gq : G1  [m1d1  (m2  m3  m4  m5 )l1 ]g sin 1 ; G2  [m2 d  (m3  m4  m5 )l2 ]g sin  ; G3   m3 d g sin 3 ; G4  [m4 (l4  d )  m5l4 ]g sin  ; G5  [m5 (l5  d5 )]g sin  ; Trang 100 PHỤ LỤC 2: CẢM BIẾN GÓC IMU PHỤ LỤC 2: CẢM BIẾN GÓC IMU Giới thiệu chung IMU: Những khối cảm biến quán tính IMU thời kì đầu sử dụng cảm biến qn tính hoạt động theo nguyên tắc khí Những cảm biến khí thường có kích thước lớn, hoạt động hiệu quả, giá thành cao tiêu thụ nhiều lượng Ngày nay, với tiến khoa học công nghệ, đặc biệt công nghệ vật liệu công nghệ vi chế tạo tạo cảm biến vi có kích thước nhỏ (cỡ centimet), hoạt động hiệu quả, tiêu thụ lượng đặc biệt giá thành hạ, điều mở khả rộng lớn cho việc ứng dụng cảm biến vi nhiều lĩnh vực đời sống Một khối vi IMU cấu tạo từ cảm biến vi cơ, thường cảm biến gia tốc cảm biến vận tốc góc, cảm biến gia tốc chiều kết hợp với cảm biến vận tốc góc Các cảm biến vi kết cấu hỗ trợ với theo cấu trúc gắn liền (hình 2.1a) theo cấu trúc (hình 2.1b), từ xác định thành phần chuyển động quay tịnh tiến vật thể Hình 2.1: Các cấu trúc khối IMU vi Trang PHỤ LỤC 2: CẢM BIẾN GÓC IMU Điểm khác hai kiểu cấu trúc là: với kiểu gắn liền cảm biến khơng bị thay đổi hướng theo đối tượng chuyển động, cịn kiểu Strapdown cảm biến gắn chặt với vật chuyển động, thay đổi trang thái chuyển động theo vật Trên thực tế khối IMU có cấu trúc kiểu Strapdown sử dụng rộng rãi cấu trúc đơn giản có giá thành chế tạo thấp với độ xác chấp nhận được.Khi kết hợp cảm biến vi thành cấu trúc tổng thể thường tạo sai số Sai số mắc phải việc sử dụng cảm biến vi có cấp độ, cấp độ cảm biến cấp độ nhóm cảm biến Ở cấp độ cảm biến sai số cảm biến cấu tạo tên khối IMU, cịn cấp độ nhóm cảm biến sai số tổ hợp nhóm cảm biến với Thiết kế phần cứng khối IMU (MEMS): Khối IMU thiết kế sử dụng sensor công nghệ MEMS :  Cảm biến gia tốc theo ba trục XYZ : MMA7260  Cảm biến vận tốc góc Gyroscope IDG-300 đo vận tốc góc xoay quanh trục X trục Y  Cảm biến vận tốc góc Gyroscope ADXRS150 đo vận tốc góc xoay quanh trục Z 2.1 Cảm biến gia tốc MMA7260Q: 2.1.a Đặc điểm: Cảm biến MMA72600 có đặc điểm sau:  Có thể chọn độ nhạy ứng với tầm (1.5g/2g/4g/6g)  Dòng tiêu thụ 500uA sleep mode 3uA  Độ nhạy cao 800mv/g tầm 1.5g  Thời gian khởi động nhanh  Tích hợp sẵn lọc thơng thấp cực,có khả chịu sốc Trang PHỤ LỤC 2: CẢM BIẾN GÓC IMU Hình 2.2: G1G2 : chon tầm hoạt động cho cảm biến SLEEP :sleepmode Xout,Yout,Zout ngõ cảm biến gia tốc trục X,Y,Z Sơ đồ chức năng: Hình 2.3: Sơ đồ chức Trang PHỤ LỤC 2: CẢM BIẾN GÓC IMU Độ nhạy tầm đo cảm biến xác đinh sau: 2.1.b Ứng dụng:  HDD MP3 Player, Laptop PC , Cell Phone: phát rơi tự thiết bị để có chế độ chống sốc hư hai cho thiết bị rơi  PDA : Text Scroll  Navigation and Dead Reckoning : E-Compass Tilt Compensation  Robotics,Gaming: Cảm biến phát chuyển động 2.1.c Cách thức hiệu chỉnh: Hình 2.4 : Phương pháp hiệu chỉnh cảm biến  Hiệu chỉnh 0g: Cảm biến đặt mặt phẳng đồng hồ cân giọt nước ta xác định giá trị điện áp ngõ dạng tương tự cảm biến  Hiệu chỉnh ±1g: Trang PHỤ LỤC 2: CẢM BIẾN GÓC IMU Theo cách hiệu chỉnh này, trục đo cần hiệu chỉnh cảm biến treo thẳng đứng để trục đo hướng ngược hướng với vectơ gia tốc trọng trường Từ đo, ta có gia trị cảm biến ứng với gia tốc trọng trường 1g -1g 2.1.d Ảnh hưởng gia tốc tĩnh: Khi đứng yên cảm biến chịu ảnh hưởng gia tốc trọng trường g trục có giá trị gia tốc tĩnh, giá trị hình chiếu gia tốc trọng trường g lên trục.Lợi dụng đặc điểm ta xác định góc nghiêng vật so với phương thẳng đứng theo cách sau ax az Yaw x axis z axis g Hình 2.5 : Cách tính góc từ cảm biến Yaw= atan(ax/az) Góc Yaw góc quay vật thể xung quanh truc Y Tương tự ta xác định góc Pitch góc quay vật thể xung quanh trục X Trang PHỤ LỤC 2: CẢM BIẾN GÓC IMU Cảm biến vận tốc góc gyroscope IDG-300: 3.1 Đặc điểm: IDG-300 có đặc điểm sau:  Tích hợp đo vận tốc góc quanh cac trục X Y chip đơn  Tầm đo ±500O/sec  Độ nhạy 2mV/ O/sec  Tích hợp lọc thơng thấp với tần số cutoff 140Hz  Những rung động cao bị loại bỏ khỏi dải tần số hoạt động Chip  Cấp nguồn 3V  Có khả chịu sốc tới 5000g Sơ đồ chức IDG-300: Hình 2.6 : Sơ đồ khối IDG-300 3.2 Ứng dụng:  Là phần cảm biến quán tính  Dùng để định hướng dẫn đường thiết bị GPS  Dùng máy bay điề khiển từ xa bay tự động UAV  Dùng lĩnh vực robot, cảm biến chuyển động Trang PHỤ LỤC 2: CẢM BIẾN GĨC IMU Cảm biến vận tốc góc gyroscope ADXRS150: 4.1 Đặc điểm: Cảm biến ADXRS150 có đặc điểm :  Đo vận tốc góc quanh trục Z  Cấp nguồn đơn 5V  Những rung động lớn loại bỏ khỏi dải tần số hoạt động nhiễu với biên độ 0.05°/sec/√Hz  Tầm đo : ±150°/sec  Độ nhạy 12.5mV/°/sec  Chiu sốc tới 2000g  Chức self-test  Tích hợp cảm biến đo nhiệt độ  Có đầu điện áp so sánh Vref Sơ đồ chức năng: Hình 2.7 : Sơ đồ chức 4.2 Ứng dụng: Giống IDG-300, ADXRS150 úng dụng để làm cảm biến qn tính,để định hướng dẫn đường hệ thóng GPS, dùng lĩnh vực robot,và cảm biến chuyển động… Sơ dồ thiết kế phần cứng cùa IMU: Để thiết kế nhỏ gọn, luận án thực thiết kế mạch IMU gồm lớp  Lớp Bottom: gồm IDG-300 MMA7260 sử dụng nguồn 3V3 Trang PHỤ LỤC 2: CẢM BIẾN GÓC IMU  Lớp Top : gồm gyro ADXRS150 sử dụng nguồn 5V  Lớp Giữa : kết nối Top Bottom đưa đầu IMU gồm thông số Xa,Ya,Za ,Xr,Yr,Zr,Vref IDG-300 ,Vref ADXRS150,và đầu nhiệt độ 5.1 Sơ đồ lớp Bottom IMU: +3V3 +3V3 J1 Zout Y out Xout SLEEP R1 G1 G2 12 Za 14 15 R4 1K Ya R5 1K Xa R6 1K C2 0.22uF C8 C9 104 C7 104 Xout XAGC CPOUT 104 C10 104 IDG-300 Vref Y out Y AGC 10 OUT C4 32 28 23 Vref R9 1K GND GND GND GND GND GND 17 VDD VDD VDD R8 1K C3 104 104 +3V3 22 38 39 40 25 Xr Xr Yr Vref Xa Ya Za G2 G1 33K 13 14 29 34 MMA7260Q Sleep Mode g-Select2 g-Select1 VSS G NC NC NC NC NC NC NC NC +3V3 G 10 11 16 VDD U1 C1 104 C6 0.22uF Yr C5 104 IMU Botton board IDG-300 & MMA7260 Hình 2.8 : Sơ đồ lớp bottom IMU Trang PHỤ LỤC 2: CẢM BIẾN GÓC IMU 5.2 Sơ đồ lớp Top IMU: R1 R22 R_opt 22nF Cout VCC chinh null ADXRS150ABG RATE_OUT RATEOUT RATEOUT TEMP TEMP C8 2_5V 104 1E 2E ST1 5F 5G ST2 4F 4G 1D 2D C6 100nF 1C 2C 3A 3B VCC 6E 7E D D11 DIOD BAO VE NGUON 2.5V 2.5V CP1 CP1 ST1 ST1 CP2 CP2 ST2 ST2 CP3 CP3 CMID CMID CP4 CP4 SUMJ SUMJ CP5 CP5 AVCC AVCC AGND AGND PDD PDD PGND PGND 1B 2A J4 3F 3G TEMP 5A 5B C3 22nF 4A 4B 6C 7C AGND 10 RATE_OUT 2_5V VCC TEMP ST2 ST1 C2 6A 7B 22nF HEADER 10 6D 7D 1F 2G C5 6G 7F 47nF C4 AGND C7 100nF 100nF IMU Top board GyroZ: ADXRS150 Hình 2.9 : Sơ đồ lớp top IMU Trang PHỤ LỤC 2: CẢM BIẾN GÓC IMU 5.3 Sơ đồ lớp IMU: J5 J4 10 VCC_3V3 GND Xr Yr Vref Za Ya Xa B2 B1 AGND Zr 2_5V VCC_5V TEMP ST2 ST1 GND IMU Botton Board IMU Top Board VCC_5V 10 10 1 Xr Yr Zr Vref 2_5V Za Ya Xa B1 B2 ST1 ST2 CONTROL TEMP TEMP OUTPUT U2 C11 LM1117_3v VIN ADJ VCC_5V + 10uF LED C10 R10 220 10Uf VOUT PAD D5 IMU connect board Hình 2.10 : Sơ đồ lớp IMU Trang 10 ... MSHV : 09150952 ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN BIPED ROBOT II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Khảo sát phương thức di chuyển biped robot - Tìm hiểu, thiết kế thực phần khí mạch điện điều khiển cho robot - Xây dựng... 7.4 Giải thuật điều khiển 69 7.5 Áp dụng giải thuật điều khiển vào biped robot 71 7.6 Tạo tín hiệu mẫu cho biped robot 75 CHƯƠNG : XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI SIMULINK CHO MÔ HÌNH BIPED ROBOT 76 8.1 Mơ... cho robot, chương nói thiết kế mạch điện điều khiển  Mô điều khiển đối tượng: chương trình bày giao diện giải thuật điều khiển thao tác trình diễn biped robot Chương giới thiệu đối tượng biped