1. Trang chủ
  2. » Giáo Dục - Đào Tạo

ĐỒ ÁN MÔN HỌCTHIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬĐề bài:THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂNROBOT DÒ LINE

68 44 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Cấu trúc

  • DANH MỤC HÌNH ẢNH

  • DANH MỤC BẢNG BIỂU

  • CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

    • 1.2. Robot dò line

    • 1.3. Một số robot dò line tiêu biểu trong các cuộc thi

      • 1.3.1. The Chariot tại LVBots 2015 [1]

      • 1.3.2. Silvestre tại Cosmobot 2012

      • 1.3.3. CartisX04TypeD [3] tại All Japan Robotrace 2016

      • 1.3.4. RS-100 tại All Japan Robotrace 2017 [3]

    • 1.4. Đầu bài thiết kế

  • CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

    • 2.1. Phương án thiết kế cơ khí

      • 2.1.1. Lựa chọn kết cấu xe

        • a) Xe ba bánh có hai bánh chủ động phía sau và một bánh tự lựa phía trước

        • b) Xe bốn bánh có hai bánh chủ động phía sau và hai bánh tự lựa phía trước

        • c) Xe bốn bánh sử dụng vi sai cầu sau và một động cơ điều hướng phía trước

        • d) Xe bốn bánh sử dụng cơ cấu lái ankerman

      • 2.1.2. Lựa chọn loại động cơ

        • a) Lựa chọn loại động cơ dẫn động

        • b) Lựa chọn loại động cơ điều hướng

      • 2.1.3. Chọn loại bánh xe

    • 2.2. Phương án cảm biến

      • 2.2.1. Lựa chọn loại cảm biến

        • a) Camera

        • b) Cảm biến hồng ngoại (IR) sensor

        • c) Cảm biến quang trở (photoresistor)

        • d) Cảm biến phototransistor

      • 2.2.2. Giải thuật xác định tọa độ line

        • a) Giải thuật so sánh

        • b) Giải thuật nội suy hàm bậc hai

        • c) Giải thuật trong số trung bình

    • 2.3. Phương án cấu trúc điều khiển

      • 2.3.1. Lựa chọn cấu trúc điều khiển

        • a) Phương án điều khiển tập trung

        • b) Phương án điều khiển phân cấp

      • 2.3.2. Lựa chọn cách thức giao tiếp

    • 3.1. Tính toán lựa chọn động cơ dẫn động:

    • 3.2. Tính toán lựa chọn động cơ điều hướng:

    • 3.3. Tính toán xác định kích thước sơ bộ của xe:

      • 3.3.1. Kích thước bao

      • 3.3.2. Chiều cao xe

    • 3.4. Tính toán thiết kế cụm dẫn động, điều hướng:

      • 3.4.1. Tính toán, thiết kế cụm dẫn động:

        • a) Chọn kết cấu sơ bộ cụm dẫn động

        • b) Lựa chọn bộ vi sai

        • c) Tính toán chọn trục trung gian

        • d) Tính toán, thiết kế cụm treo lò xo lá

      • 3.4.2. Tính toán, thiết kế cụm điều hướng:

    • 3.5. Bố trí thiết bị linh kiện trên khung xe

    • 3.6. Dung sai lắp ghép.

  • CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG

    • 4.1. Phân tích động học cho robot dò line

    • 4.2. Nhận dạng hàm truyền động cơ và driver

      • 4.2.1. Thu thập dữ liệu động cơ

        • a) Xác định thời gian lấy mẫu

        • b) Xác định số mẫu cần lấy

      • 4.2.2. Chọn cấu trúc mô hình toán động cơ

      • 4.2.3. Đánh giá mô hình nhận dạng

  • CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN

    • 5.1. Sơ đồ khối hệ thống điện

    • 5.2. Cảm biến

      • 5.2.1. Chọn cảm biến

      • 5.2.2. Tính toán giá trị điện trở

      • 5.2.3. Lựa chọn vi điều khiển

      • 5.2.4. Chọn hướng đặt cảm biến

      • 5.2.5. Chọn khoảng cách giữa cảm biến với sa bàn

      • 5.2.6. Chọn khoảng cách giữa các cảm biến

      • 5.2.7. Tính số lượng cảm biến

      • 5.2.8. Tuyến tính hóa cảm biến

      • 5.2.9. Xác định vị trí tâm line

    • 5.3. Nguồn điện

    • 5.4. Mạch nguồn

    • 5.5. Mạch driver động cơ

    • 5.6. Thiết kế board mạch điều khiển

    • 5.7. Thiết kế mạch cảm biến

  • CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN

    • 6.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển

    • 6.2. Thiết kế bộ điều khiển 1

      • 6.2.1. Các tiêu chí thiết kế bộ điều khiển

      • 6.2.2. Thiết kế bộ điều khiển PI

      • 6.2.3. Mô phỏng đáp ứng và thực nghiệm

    • 6.3. Thiết kế bộ điều khiển 2

      • 6.3.1. Các tiêu chí thiết kế bộ điều khiển

      • 6.3.2. Thiết kế bộ điều khiển Sliding Mode

  • CHƯƠNG 7: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA ROBOT

    • 7.1. Mô hình hóa sa bàn

    • 7.2. Mô hình hóa cảm biến

    • 7.3. Kết quả mô phỏng

  • CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ

    • 8.1. Kết quả thực nghiệm

    • 8.2. Kết luận

  • TÀI LIỆU THAM KHẢO

Nội dung

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ – BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ -oOo - ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đề bài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT DÒ LINE GVHD: TS Lê Đức Hạnh SVTH: Lê Quốc Diện Tơ Nam Bình Lê Tuấn Cảnh Nguyễn Hồng Dĩ MSSV: 1710753 MSSV: 1710639 MSSV: 1710650 MSSV: 1710757 TP HCM, tháng 12 năm 2020 DANH SÁCH THÀNH VIÊN VÀ PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC Họ tên Lê Quốc Diện MSSV 1710753 Phân cơng cơng việc Quản lí dự án, phân tích động học, thiết kế điều khiển, mơ hình hóa mô CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ Tơ Nam Bình 1710639 Thiết kế hệ thống điện, cảm biến Lê Tuấn Cảnh 1710650 Thiết kế khí Nguyễn Hồng Dĩ 1710757 Lập trình điều khiển, giải thuật CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cám ơn đến TS Lê Đức Hạnh tận tình hướng dẫn, trợ giúp nhóm hồn thành đồ án mơn học Thiết kế hệ thống Cơ Điện Tử Những kiến thức tiếp thu từ môn học hành trang vững cho thành viên nhóm để vững bước đường học tập phát triển nghiệp sau Xin chân thành cám ơn Thầy! Nhóm thực TP HCM, tháng 12 năm 2020 CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ MỤC LỤC CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý bánh dẫn động, bánh bị động Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý cấu trúc vi sai cầu sau Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý cấu lái ankerman Hình 2.5 Phương án bánh xe Hình 2.6 Giải thuật so sánh Hình 2.7 Giải thuật nội suy bậc hai Hình 2.8 Giải thuật trọng số trung bình Hình 2.9 Cấu trúc điều khiển tập trung Hình 2.10 Cấu trúc điều khiển phân cấp Hình 4.2 Mơ hình sai số hệ thống Hình 4.3 Mối quan hệ input output hệ thống Hình 4 Dữ liệu mơ hình nhận dạng thực tế với input → 100% Hình 5.1 Sơ đồ khối hệ thống điện Hình 5.2 Kích thước cảm biến TCRT5000 Hình 5.3 Nguyên lý hoạt động cặp led Hình 5.4 Ảnh hưởng vùng phản chiếu lên đồ thị dịng Ic Hình 5.5 Đồ thị quan hệ Switching distance khoảng cách cảm biến Hình 5.6 Mối quan hệ Ic/Icmax khoảng cách với sa bàn Hình 5.7 Biều đồ giá trị ADC trắng độ cao khác Hình 5.8 Biều đồ giá trị ADC đen độ cao khác Hình 5.9 Biểu đồ ADC trắng di chuyển từ tâm line ngồi Hình 5.10 Phạm vi hoạt động cảm biến liền kề Hình 5.11 Vùng hoạt động cảm biến TCRT5000 Hình 5.12 Vùng bất định cảm biến Hình 5.13 Sơ đồ bố trí sử dụng cảm biến Hình 5.14 Mạch chiết áp L298N Hình 5.15 Driver TB6612 Hình 5.16 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ Hình 5.17 Mạch PCB điều khiển thiết kế Proteus bố trí linh kiện 3D Hình 5.18 Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến Hình 5.19 Mạch PCB cảm biến thiết kế Proteus Hình 5.20 Mạch bố trí linh kiện cảm biến 3D Hình 6.1 Sơ đồ điều khiển chung hệ thống Hình 6.2 Đáp ứng động mô thực nghiệm (a) – tín hiệu điều khiển (b) Hình 6.3 Quỹ đạo pha chuyển động trượt Hình 6.4 Hiện tượng chattering Hình Sa bàn yêu cầu Hình 7.2 Mơ hình hóa dãy cảm biến Hình 7.3 Quỹ đạo đường (đỏ) robot sa bàn (xanh) – khơng nhiễu Hình 7.4 Sai số cảm biến mơ hình hóa – khơng nhiễu Hình 7.5 Quỹ đạo đường (đỏ) robot sa bàn (xanh) – có nhiễu Hình 7.6 Sai số cảm biến mơ hình hóa – có nhiễu Hình 7.7 Mơ nhiễu tác động vào cảm biến CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2 So sánh chuẩn giao tiếp Bảng 3.1 Tiêu chí đầu vào lựa chọn đầu dẫn động Bảng 3.2 Tiêu chí chọn động dẫn động Bảng 3.3 Thơng số động dẫn động Bảng 3.4 Tiêu chí lựa chọn động điều hướng Bảng 3.5 Thông số động điều hướng Bảng 3.6 Tiêu chí lựa chọn vi sai cầu sau Bảng 3.7 Thông số vi sai cầu sau Bảng 3.8 Phân bố tải trọng hệ thống treo Bảng 3.9 Thông số đầu vào lựa chọn cụm lị xo thẳng Bảng 3.10 Thơng số kỹ thuật lị xo Bảng 3.11 Thơng số lị xo Bảng 3.12 Thơng số đầu vào lựa chọn cụm lị xo Bảng 3.13 Thơng số lị xo Bảng 3.14 Bảng thơng số ổ lăn Bảng 5.1 Thông số kỹ thuật cảm biến TCRT5000 Bảng 5.2 Thông số tiêu thụ thiết bị CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Mục tiêu đồ án Thiết kế robot dò line chạy theo chiều quy định sa bàn: CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ Hình 1.1 Sa bàn đồ án môn học thiết kế hệ thống điện tử Khi bắt đầu, robot đặt vị trí START (điểm A), sau robot chạy theo tứ tự qua điểm nút qui định sau: (START) A B C D E B F A G B D (END) Robot phải thỏa yêu cầu kỹ thuật điều kiện ràng buộc sau: - Tốc độ di chuyển: - Đường kính bánh xe: - Số lượng bánh xe (chủ động + bị động): tùy chọn - Kích thước tối đa chiều robot (dài x rộng x cao): - Màu sắc đường line: đen - Màu nền: trắng - Bề rộng đường line: - Bề mặt địa hình hình chuyển: phẳng 1.2 Robot dò line Khái niệm: Robot dò line (Line following Robot) dạng robot di động (mobile robot) di chuyển bánh xe Robot di chuyển bám theo đường line kẻ/vẽ/dán mặt đất Quỹ đạo di chuyển robot phụ thuộc vào sa bàn hệ thống đường line kẻ/vẽ/dán sẵn Robot dị line sử dụng cho mục đích quân sự, dịch vụ giao hàng, hệ thống vận chuyển… Hơn nữa, có nhiều thi robot dò line tổ chức khắp nơi giới: All Japan Robotrace, MCU Car Rally, LVBots, Cosmobot… 1.3 Một số robot dò line tiêu biểu thi CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 1.3.1 The Chariot LVBots 2015 [1] (a) (b) Hình 1.2 The Chariot (a) sơ đồ nguyên lí dẫn động (b) The Chariot xếp hạng tổng số 17 đội thi LVBots 2015 tổ chức Pololu The Chariot sử dụng động DC để dẫn động hai bánh sau, phía trước có bánh cầu tự lựa giúp tiếp xúc mặt đường tốt Bằng việc sử dụng động có tốc độ quay cao (vịng/phút V) kết hợp với đường kính bánh xe lớn (70 mm) The Chariot đạt tốc độ tối đa chạy thẳng tốc độ trung bình lúc đua Kích thước: + Dài (mm): + Rộng (mm): + Cao (mm): Khối lượng (g): Vận tốc (m/s): 131 80 70 210 Tối đa: 2m/s Trung bình: 1,17m/s Cảm biến: Dãy cảm biến hồng ngoại: QTR-8RC Vi điều khiển: A-Star 32U4 Mini LV Bộ điều khiển: PID Bảng 1.1 Thơng số kỹ thuật The Chariot Ngồi ra, The Chariot trang bị thêm ổn áp D24V25F7 để giúp trì ổn định mức điện áp nguồn, cải thiện hiệu cho robot Tuy nhiên, trọng tâm robot đặt cao, hệ số PID chưa hiệu chỉnh tốt nên qua đoạn cua robot có độ vọt lố lớn, dẫn đến xe bị dao động quanh line từ ảnh hưởng đến tổng thời gian hồn thành sa bàn Ưu điểm: CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ + Ngun lí dẫn động cho phép cua góc lớn, xoay chỗ + Bánh tự lựa phía trước giúp xe ln đồng phẳng, tiếp xúc đường tốt Nhược điểm: + Khả bám line không tốt 1.3.2 Silvestre Cosmobot 2012 (a) (b) Hình 1.3 Silvestre (a) sơ đồ nguyên lý dẫn động (b) Sylvestre giành hạng thi Cosmobot 2012 Tây Ban Nha Sylvestre sử dụng động DC để dẫn động hai bánh sau, phía trước có bánh cầu tự lựa giúp robot đạt độ cứng vững Sai số cải thiện ước lượng phương pháp nội suy bậc ba từ liệu thu từ cảm biến hồng ngoại Ngoài ra, accelerometer gyro kết hợp để ghi nhớ đoạn đường đi, từ điều chỉnh tốc độ hệ số PID phù hợp Kích thước: + Dài (mm): + Rộng (mm): + Cao (mm): Khối lượng (g): 120 100 42 250 Tối đa: 3,73m/s Vận tốc (m/s): Trung bình: 1,91m/s Dãy cảm biến hồng ngoại Cảm biến: Accelerometer Gyro Vi điều khiển: LPC2148 ARM7 32bit Bộ điều khiển: PD Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật Sylvestre Ưu điểm: + Nguyên lí dẫn động cho phép cua góc lớn, xoay chỗ 10 CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ Việc thu nhận tín hiệu analog giúp ta nhận biết thay đổi giá trị cảm biến di chuyển lại gần hay xa đường line Tuy nhiên, tín hiệu analog cảm biến khác cho dù làm việc điều kiện cho giá trị khác kể cảm biến giống Đây lý hiệu chuẩn (calibration) cần thiết cho việc lắp đặt cảm biến quang robot dị line Ta hiệu chuẩn biến trở phần mềm Calib cảm biến phần mềm sử dụng cơng thức: Trong đó: giá trị lớn nhỏ đọc từ cảm biến thứ i giá trị lớn nhỏ ta mong muốn cho tất cảm biến giá trị đọc thứ j từ cảm biến thứ i giá trị sau hiệu chỉnh 5.2.9 Xác định vị trí tâm line Dùng phương pháp trọng số trung bình, ta có phương trình tìm vị trí tâm line: 5.3 Nguồn điện Thiết bị Động RC Động DC Cảm Biến Driver Mạch điều khiển Encoder Số lượng Dòng/1 đơn vị Tổng cộng Điện áp 28mA 28mA 5V 300mA 300mA 12V 40mA 280mA 5V 1,2A 1,2A 5V 250mA 1A 5V 6mA 6mA 3,3V Bảng 5.2 Thông số tiêu thụ thiết bị Với thông số trên, ta lựa chọn nguồn cho điệp áp cung cấp tối thiểu 12V dòng tối thiểu phải lớn 3A nên nhóm định chọn pin sạc 18650 Panasonic 3.7v (sạc đầy 4.2v), dung lượng 6800mAh – Imax 5A sử dụng khay lắp nối tiếp pin để đạt điện áp 14.8V sau qua chiết áp xuống 12V vào mạch động lực, tương tự ta sử dụng khay lắp nối tiếp pin để điện áp 7.4V sau qua chiết áp xuống 5V cấp cho mạch điều khiển Dòng xả 5A đủ cho động khởi động 5.4 Mạch nguồn 54 CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ Mạch nguồn có vai trị cung cấp nguồn điện ổn định 12V, 5V 3,3V cho hệ thống, đảm bảo đủ dòng theo yêu cầu từ bảng 5.2 Mạch chiết áp có chức tạo điện áp nhỏ điện áp đầu vào ln trì mức áp cho dù áp đầu vào tăng giảm Nhóm sử dụng module mạch chiết áp DC LM2596 có sẵn thị trường để biến đổi điện áp từ nguồn cấp thành 12V, 5V 3.3V ổn định Điện áp điều chỉnh biến trở Thông số kỹ thuật - Điện áp đầu vào: 3-40V DC Điện áp đầu ra: điều chỉnh khoảng 1,5 - - 35V DC Dòng đáp ứng tối đa: 3A Hiệu suất: 92% Cơng suất: 15W Hình 5.14 Mạch chiết áp DC LM2596 5.5 Mạch driver động Nhóm lựa chọn mạch driver module TB6612 cho DC Servo motor, với yêu cầu kỹ thuật đảm bảo cho hệ thống Thông số kỹ thuật - Điện áp nuôi mức logic: 2,7-5,5V DC - Điện áp cấp cho motor tối đa 15VDC - mạch cầu H cho động - Bảo vệ nhiệt, áp, chống ngược dịng Hình 5.15 Driver TB6612 5.6 Thiết kế board mạch điều khiển Thiết kế mạch điều khiển bao gồm pic 16F690 nhằm mục đích giảm kích thước xe thuận lợi cho việc dây cho xe 55 CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ Hình 5.16 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển Hình 5.17 Mạch PCB điều khiển thiết kế Proteus bố trí linh kiện 3D 5.7 Thiết kế mạch cảm biến Việc thiết kế board mạch cảm biến nhằm mục đích đảm bảo khoảng cách cảm biến theo tính tốn, hướng đặt cảm biến, chắn giảm tối đa nhiễu Do đó, nhóm lựa chọn phương án tự thiết kế mạch in PCB Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến thể hình sau: 56 CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ Hình 5.18 Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến Mạch PCB cảm biến thiết kế proteus có dạng sau: Hình 5.19 Mạch PCB cảm biến thiết kế Proteus Hình 5.20 Mạch bố trí linh kiện cảm biến 3D CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 57 CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ Hình 6.1 Sơ đồ điều khiển chung hệ thống Mô tả: Hệ thống bao gồm hai điều khiển: + Bộ điều khiển dùng để giúp robot đạt vận tốc mong muốn + Bộ điều khiển dùng để giúp robot bám line thông qua sai số đọc từ hệ thống cảm biến 6.2 Thiết kế điều khiển 6.2.1 Các tiêu chí thiết kế điều khiển Các tiêu chí thiết kế điều khiển 1, chọn tiêu chuẩn 5%: + Sai số sau xác lập: + Thời gian xác lập: + Độ vọt lố tối đa: 6.2.2 Thiết kế điều khiển PI Bộ điều khiển PI chọn để thiết kế đơn giản, khâu I có khả loại trừ sai số xác lập đáp ứng step Hàm truyền động sau: Hàm truyền chuyển thành dạng phương trình trạng thái sau để mơ phỏng: Trong đó: 58 CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ (rpm) tốc độ quay động phần trăm chu kì xung pwm Công thức điều khiển PI: (6.1) Công thức chuyển thành dạng: (6.2) Với hệ số tìm phương pháp thử sai MATLAB, ta , 6.2.3 Mô đáp ứng thực nghiệm Đáp ứng động mô thực tế với rpm thể Hình 6.2, với thời gian lấy mẫu , hệ số (a) (b) Hình 6.2 Đáp ứng động mơ thực nghiệm (a) – tín hiệu điều khiển (b) Nhận xét đáp ứng động cơ: + Bộ điều khiển thỏa tiêu chí thiết kế + Đáp ứng mô thực nghiệm không chênh lệch lớn + Sai lệch tín hiệu điều khiển tải trọng trục động bao gồm thực nghiệm 6.3 Thiết kế điều khiển 6.3.1 Các tiêu chí thiết kế điều khiển Các tiêu chí thiết kế điều khiển 2: + Sai số tối đa điều khiển: + Thời gian hoàn thành sa bàn: 59 CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 6.3.2 Thiết kế điều khiển Sliding Mode Từ kết phân tích động học mục 4.1, nhóm chọn sử dụng điều khiển Sliding Mode để khắc phục phi tuyến mơ hình Đặt sai số sau để thiết kế điều khiển: Chọn mặt trượt: (6.3) Phương trình (6.3) có nghiệm: Vậy với Để hệ thống ổn định trạng thái hệ thống (4.20) phải hội tụ Chọn hàm Lyapunov: Do chứa trạng thái hệ thống ln xác định dương, hội tụ , hay: Chọn đó: (6.3) Ta được: (6.4) Quy luật điều khiển (6.4) đảm bảo hệ thống (4.20) ổn định đồng thời đưa sai số mặt trượt 60 CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ Hình 6.3 Quỹ đạo pha chuyển động trượt Khi hệ thống đạt trạng thái xác lập, tham số mặt trượt thay đổi trạng thái liên tục làm S chuyển trạng thái theo từ dương sang âm ngược lại Khi hàm sign(S) làm cho hệ thống xuất hiện tượng “chattering” xung quanh vị trí cân bằng, điều phát sinh sai số điều khiển, gây nóng mạch điện, mài mịn phận khí Hàm sat(S) sử dụng thay hàm sign(S) để khắc phục tượng Hình 6.4 Hiện tượng chattering Trong đó: (6.5) Ở phương trình (6.4), thành phần bỏ qua robot chưa thể nhận biết ví trí line Thành phần bỏ qua để cải thiện đáp ứng hệ thống Quy luật điều khiển trở thành: (6.6) Các hệ số tune thông qua mô Kết mô đáp ứng điều khiển bám line trình bày Chương 61 CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ CHƯƠNG 7: MƠ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA ROBOT 7.1 Mơ hình hóa sa bàn Hình Sa bàn u cầu Sa bàn mơ hình hóa phương trình đường thẳng đường tròn sau: Tên đoạn đường Phương trình AB, BD BC, GB EB, BF CD DE FA AG Bảng 7.1 Phương trình đường thẳng ứng với đoạn đường 7.2 Mơ hình hóa cảm biến Cảm biến mơ hình hóa thành đường thẳng qua điểm Hình 7.2 Phương trình đường thẳng : 62 CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ Hình 7.2 Mơ hình hóa dãy cảm biến Tọa độ điểm giải từ phương trình vi phân mơ tả chuyển động robot (4.11) Tọa độ điểm suy từ tọa độ điểm chiều dài cảm biến Sai số xác định khoảng cách điểm , với tọa độ giao điểm phương trình đường thẳng phương trình đường thẳng line 7.3 Kết mô Hoạt động robot mô với kết hợp mơ hình động học robot, mơ hình sai số, hàm truyền động cơ, điều khiển 2, mơ hình sa bàn mơ hình cảm biến Các điều kiện mô phỏng: + Robot bắt đầu điểm A, hướng từ lệch với đoạn đường AB góc + Thời gian lấy mẫu hệ thống: + Với số lượng cảm biến chọn khoảng cách cảm biến 17mm nên sai số lớn đọc được giới hạn khoảng: + Chiều dài khâu: + Vận tốc mong muốn: + Giới hạn vận tốc động trước: rad/s Các Hình 7.3 7.4 trình bày kết mô với điều khiển Sliding Mode thiết kế với hệ số điều kiện khơng nhiễu Hình 7.5 7.6 trình bày kết mơ điều kiện có nhiễu tín hiệu đo Với nhiễu hàm ngẫu nhiên khoảng – Hình 7.7 63 CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ Hình 7.3 Quỹ đạo đường (đỏ) robot sa bàn (xanh) – khơng nhiễu Hình 7.4 Sai số cảm biến mơ hình hóa – khơng nhiễu Hình 7.5 Quỹ đạo đường (đỏ) robot sa bàn (xanh) – có nhiễu 64 CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ Hình 7.6 Sai số cảm biến mơ hình hóa – có nhiễu Hình 7.7 Mơ nhiễu tác động vào cảm biến Nhận xét kết mơ phỏng: + Thời gian hồn thành sa bàn: hai điều kiện có nhiễu không nhiễu + Sai số lớn đọc dị line: đoạn đường BCD điều kiện khơng nhiễu đoạn đường DEB điều kiện có nhiễu + Hệ thống có khả hoạt động ổn định điều kiện nhiễu ngẫu nhiên cảm biến (biên độ 3mm) + Góc xoay lớn động trước nằm đoạn đường BCD Bộ điều khiển thiết kế thỏa tiêu chí đề 65 CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 8.1 Kết thực nghiệm Hình 8.1 Kết sai số đo lúc thực nghiệm với ( - ) Robot có khả bám line hoàn thành sa bàn yêu cầu: - Thời gian hoàn thành sa bàn: - Vận tốc tham chiếu: - Vận tốc trung bình dị line: - Sai số dị lớn q trình dị line: 66 CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ Hình 8.2 Robot dị line chế tạo 8.2 Kết luận Hồn thành q trình thiết kế, chế tạo điều khiển robot dò line với thông số kỹ thuật sau: + Khối lượng xe tải: kg + Tốc độ tối đa: + Vận tốc trung bình bám line: (thời gian hoàn thành sa bàn ) + Sai số lớn q trình dị line: Vận tốc trung bình bám line không thỏa yêu cầu thiết kế () Nguyên nhân hướng giải quyết: + Động điều hướng đáp ứng chưa nhanh, bị rơ bánh răng, dẫn đến rung lắc trình bám line Điều ảnh hưởng xấu đến đáp ứng hệ thống phần cứng thay sang động digital servo + Sai số giao tiếp master slave bao gồm phần nguyên, giao tiếp dừng lại truyền - nhận 8bit 67 CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Brandon’s line following robot: The Chariot, [2] Sylvestre – Line Following Robot, [3] The 37th All Japan Micromouse competition – The result of competition and maze, [4] Renesas – MCU Car Rally Europe, [5] Nguyễn Tấn Tiến, Trần Thanh Tùng, Kim Sang Bong (2016), Giảng dạy thiết kế hệ thống điện tử qua đồ án, Hội nghị toàn quốc lần thứ Cơ Điện tử, pp 416422 [5] [6] [7] Nguyễn Thị Phương Hà (2016), “Lý thuyết điều khiển đại”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM [8] Huỳnh Thái Hồng (2014), “Hệ thống điều khiển thơng minh”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM [9] Microchip PIC16F631/677/685/687/689/690 Data Sheet [10] Vishay Semiconductors, Application of Optical Reflex Sensors TCRT1000, TCRT5000, CNY70 [11] 68 ... k? ?nh 3mm để kh? ?c ph? ?c t? ?nh trạng lệch t? ?m hai tr? ?c, ta lựa chọn khớp truyền động kh? ?c 28 CHƯƠNG 8: TH? ?C NGHIỆM VÀ K? ? ?T QUẢ phương Cardan Hai khớp cardan c? ? đường k? ?nh lỗ 3,17- mm 4-4 mm Chọn tr? ?c. .. kiện xe Phụ thu? ?c vào phần mơ h? ?nh h? ?a cho khoảng c? ?ch t? ?? tr? ?c bánh sau đến tr? ?c bánh trư? ?c t? ?? tr? ?c bánh trư? ?c đến c? ??m c? ??m biến T? ?? lệ d? ?i/rộng chọn theo t? ?? lệ: Chọn chiều d? ?i xe d = 340 mm chiều... 5.2 K? ?ch thư? ?c cảm biến TCRT5000 H? ?nh 5.3 Nguyên lý ho? ?t động c? ??p led H? ?nh 5.4 Ảnh h? ?ởng vùng phản chiếu lên đồ thị d? ?ng Ic H? ?nh 5.5 Đồ thị quan h? ?? Switching distance khoảng c? ?ch c? ??m biến H? ?nh

Ngày đăng: 21/10/2021, 18:59

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

w