ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT DÒ LINE

Lựa chọn bánh xe Tính tốn lựa chọn động Thiết kế thân xe, đồ gá Thiết kế mơ hình 3D Vẽ vẽ lắp, vẽ chi tiết Tính tốn dung sai chế tạo Hiệu chỉnh vẽ - kết cấu THIẾT KẾ ĐIỆN... viên tự chế tạo tải để đạt cố định thân robot  Số lượng bánh xe robot (bao gồm bánh dẫn động bánh bị động) chọn tùy thuộc vào thết kế nhóm  Trên robot trang bị hệ thống cảm biến để giúp robot

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM KHOA CƠ KHÍ 𝜟 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT DỊ LINE Nhóm Nguyễn Nhật Cảnh Phạm Phú Hưng Nguyễn Việt Cường 1510260 1511404 1510379 Hướng dẫn: Tiến sĩ Lê Đức Hạnh TPHCM, 10/12/2018 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH ẢNH iv DANH SÁCH BẢNG BIỂU viii MỤC TIÊU THIẾT KẾ ix PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC xi CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Kết cấu khí 1.1.1 Sơ đồ nguyên lý 1.1.2 Bánh xe chủ động 1.1.3 Bánh xe tự lựa 1.2 Cảm biến 1.3 Bộ điều khiển 10 CHƯƠNG : PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 12 2.1 Kết cấu khí 12 2.2 Cảm biến 12 2.2.1 Về loại cảm biến: 12 2.2.2 Về giải thuật xử lí tín hiệu: 13 2.3 Bộ điều khiển 13 CHƯƠNG : THIẾT KẾ CƠ KHÍ 14 3.1 Chọn bánh xe 14 3.1.1 Bánh chủ động 14 3.1.2 Bánh tự lựa 14 3.2 NHĨM Tính tốn chọn động 15 I MỤC LỤC 3.3 Tính tốn sơ kích thước xe 16 3.3.1 Khoảng cách bánh chủ động 16 3.3.2 Chiều cao trọng tâm xe 17 3.3.3 Khoảng cách trọng tâm xe tâm bánh chủ động 18 3.4 Thiết kế đồ gá động 19 3.4.1 Thiết kế đồ gá động 19 3.4.2 Tính tốn dung sai đồng trục động 19 3.4.2.1 Dung sai theo phương ngang 20 3.4.2.2 Dung sai theo phương dọc 21 3.4.2.3 Dung sai lỗ định vị đồ gá 22 3.5 Kết cấu xe - Mô kiểm bền chi tiết nguy hiểm 23 3.5.1 Kiểm nghiệm chi tiết TC1 – Đế xe 24 3.5.2 Kiểm nghiệm chi tiết TC4 – Gá động 26 3.5.3 So sánh trọng tâm xe đặt không đặt tải 28 3.5.4 Nhận xét kết mô 28 CHƯƠNG : CẢM BIẾN 29 4.1 Cảm biến 29 4.1.1 Nguyên lý hoạt động: 29 4.1.2 Thông số kỹ thuật 29 4.1.3 Tính tốn điện trở 29 4.1.4 Chọn khoảng cách cảm biến sàn 31 4.1.5 Xác định khoảng cách phù hợp hai cảm biến 33 4.1.6 Xác định ảnh hưởng đường line đến khoảng cách hai cảm biến 34 NHÓM NHÓM2 II II MỤC LỤC 4.1.7 Calibration 35 4.1.8 Xác định vị trí tâm đường line sai số 37 CHƯƠNG : THIẾT KẾ ĐIỆN 40 5.1 Sơ đồ điện 40 5.2 Công suất nguồn 40 5.3 Mạch nguồn 41 5.4 Thiết kế mạch cảm biến 42 5.5 Thiết kế mạch tổng 43 CHƯƠNG : BỘ ĐIỀU KHIỂN 45 6.1 Bộ điều khiển PID cho động 45 6.1.1 Khảo sát tuyến tính thơng số duty cycle xung PWM với vận tốc động dùng driver TB6612 45 6.1.2 Khảo sát đáp ứng động không dùng điều khiển PID không tải 45 6.1.3 Xác định hàm truyền hệ bao gồm vi điều khiển, driver, động 46 6.1.4 Thiết kế điều khiển PID 47 6.1.5 Thiết lập State space modeling cho hàm truyền động dùng cho mô 53 6.1.6 So sánh đáp ứng động mô chạy thực 54 6.2 Mơ hình hóa xe dò line 56 6.2.1 Mơ hình động học hệ thống 56 6.2.2 Thiết kế điều khiển xe dò line 59 6.2.3 So sánh thực nghiệm mô 62 CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT 65 CHƯƠNG : TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 NHĨM NHĨM2 III III DANH SÁCH HÌNH ẢNH DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 0.1 Sa bàn di chuyển robot x Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý loại bánh với bánh chủ động đặt sau Hình 1.2: Pika Robot Hình 1.3: Cenkk Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý loại bánh với bánh chủ động đặt sau Hình 1.5: Pinto Hình 1.6: Loại bánh chủ động sử dụng bánh omni Hình 1.7: Xe robot bánh omni Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý loại bánh với bánh chủ động đặt sau Hình 1.9: Suckbot Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý loại bánh chủ động Hình 1.11: Fireball Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý loại bánh sử dụng cấu lái skid drive Hình 1.13: CratixX04 Hình 1.14: Bánh lốp trơn Hình 1.15: Bánh lốp có rãnh Hình 1.16: Bánh xe có gai Hình 1.17: Bánh xích Hình 1.18: Bánh omni Hình 1.19: Bánh bi cầu Hình 1.20: Bánh caster Hình 1.21 Cấu trúc điều khiển tập trung 10 NHÓM IV DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.22 Cấu trúc điều khiển phân cấp 11 Hình 3.1 Bánh xe chủ động 14 Hình 3.2: Nối trục lục giácBánh tự lựa 14 Hình 3.3: Bánh tự lựa 15 Hình 3.4: Các lực tác dụng lên bánh xe 15 Hình 3.5:Động GA25 V1 16 Hình 3.6: Mơ hình tốn xe chuyển hướng 17 Hình 3.7 Mơ hình tốn xe tăng tốc 18 Hình 3.8: Mơ hình tính tốn xe giảm tốc 19 Hình 3.9: Dung sai theo phương ngang 20 Hình 3.10: Dung sai theo phương dọc 21 Hình 3.11: Dung sai lỗ định vị đồ gá 22 Hình 3.12: Kết cấu xe 23 Hình 3.13: Đặt lực momen vào chi tiết TC1 để kiểm nghiệm ứng suất biến dạng 24 Hình 3.14: Kết mơ ứng suất TC1 25 Hình 3.15: Kết mơ biến dạng TC1 25 Hình 3.16: Chuyển vị tâm cảm biến 26 Hình 3.17: Các lực tác dụng lên TC4 26 Hình 3.18: Kết mơ Soidworks 27 Hình 3.19: Trọng tâm xe đặt không đặt tải 28 Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý cảm biến đơn 30 Hình 4.2 Đồ thị quan hệ IF I¬C 30 Hình 4.3 Đồ thị quan hệ VCE IC 31 NHÓM NHĨM2 V V DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 4.4 Sự thay đổi giá trị ADC khoảng 0-15mm 32 Hình 4.5 Đồ thị quan ảnh hưởng line đến khoảng cách hai cảm biến 34 Hình 4.6 Giá trị cảm biến trước calib 36 Hình 4.7 Giá trị cảm biến sau calib 36 Hình 4.8 Đồ thị quan hệ giá trị thực giá trị đo từ cảm biến 37 Hình 4.9 Đồ thị quan hệ sai số vị trí thực tâm line 38 Hình 4.10 Đồ thị quan hệ giá trị thực giá trị đo từ cảm biến sau calib lại 38 Hình 4.11 Đồ thị quan hệ sai số giá trị thực tâm line sau calib lại 39 Hình 5.1 Sơ đồ điện 40 Hình 5.2 Module LM2596 41 Hình 5.3 IC LM1117 42 Hình 5.4 Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến 42 Hình 5.5 Bảng vẽ mạch in mạch cảm biến 42 Hình 5.6 Mơ hình 3D mạch cảm biến 43 Hình 5.7 Sơ đồ nguyên lý mạch tổng 43 Hình 5.8 Bảng vẽ mạch in mạch tổng 44 Hình 5.9 Mơ hình 3D mạch tổng 44 Hình 6.1 Mối quan hệ dutycycle xung pwm động 45 Hình 6.2 Mối quan hệ dutycycle xung pwm động 45 Hình 6.3 Đáp ứng động chạy không điều khiển PID, không tải 46 Hình 6.4 Dutycyle xung PWM theo thời gian lấy mẫu tìm hàm truyền động 46 Hình 6.5 Mơ hình điều khiển PID động 47 Hình 6.6 Import plant động A 49 NHÓM NHÓM2 VI VI DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 6.7 PID tuner cho động A 50 Hình 6.8 Phần mềm nhận liệu từ Serial Device 50 Hình 6.9 Đáp ứng động A với hệ số PID PID Tuner 51 Hình 6.10 Đáp ứng động A với hệ số PID sau tinh chỉnh 51 Hình 6.11 PID tuner cho động B 52 Hình 6.12 Đáp ứng động A với hệ số PID PID Tuner 52 Hình 6.13 Đáp ứng động B với hệ số PID sau tinh chỉnh 53 Hình 6.14 Đồ thị so sánh đáp ứng động mô chạy thực (không PID không tải) 54 Hình 6.15 So sánh đáp ứng thông số mô chạy thực động B có dùng PID 55 Hình 6.16 So sánh đáp ứng thông số mô chạy thực động A có dùng PID 55 Hình 6.17 Mơ hình hóa xe dị line 56 Hình 6.18 Đồ thị liên hệ d e2 60 Hình 6.19 Kết bám line mô 60 Hình 6.20 Đồ thị thể sai số bám line e2 mô 61 Hình 6.21 Vận tóc góc hai động sau mơ 61 Hình 6.22 Đồ thị thể sai số e2 mô chạy thực 62 Hình 6.23 Đồ thị thể tốc độ góc bánh phải mô chạy thực 63 Hình 6.24 Đồ thị thể tốc độ góc bánh trái mơ chạy thực 63 Hình 6.25 Vận tốc góc bánh trái phải chạy thực 64 NHÓM NHÓM2 VII VII DANH SÁCH BẢNG BIỂU DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các thông số Pika Robot Bảng 1.2: Các thông số Cenkk Bảng 1.3: Các thông số Pinto Bảng 1.4: Các thông số xe robot bánh omni Bảng 1.5: Các thông số Suckbot Bảng 1.6: Các thông số Fireball Bảng 1.7: Các thông số CratixX04 Bảng 3.1 Các thông số ban đầu 15 Bảng 3.2: Thông số cần thiết động 16 Bảng 3.3: Thông số động GA25 V1 16 Bảng 3.4 Khối lượng chi tiết tác dụng lực lên TC1 24 Bảng 5.1 Tính tốn lượng cho thiết bị 40 Bảng 5.2 Thông số mức ổn áp LM2596 41 NHÓM VIII MỤC TIÊU THIẾT KẾ MỤC TIÊU THIẾT KẾ YÊU CẦU KỸ THUẬT ROBOT  Tốc độ di chuyển robot: tối thiểu 0.2𝑚/𝑠, vận tốc trung bình 𝑚/𝑠, sai số bám line ±30 𝑚𝑚  Mỗi robot mang người vật hình hộp chữ nhật có trọng lượng 2kg với kích thước tối đa tải trọng (dài × rộng × cao): 200𝑚𝑚 × 100 × 300𝑚𝑚 Nhóm sinh viên tự chế tạo tải để đạt cố định thân robot  Số lượng bánh xe robot (bao gồm bánh dẫn động bánh bị động) chọn tùy thuộc vào thết kế nhóm  Trên robot trang bị hệ thống cảm biến để giúp robot nhận biết đường line bề mặt di chuyển theo đường line Nhóm sinh viên tự chọn loại cảm biến phù hợp ĐIỀU KIỆN RÀNG BUỘC  Đường kính bánh xe 𝑑 ≤ 200𝑚𝑚  Số lượng bánh xe (chủ động + bị động): tùy chọn  Kích thước tối đ chiều robot (dài × rộng × cao): 300𝑚𝑚 × 220𝑚𝑚 × 300𝑚𝑚  Màu sắc đường line: đen  Màu nền: trắng  Bề rơng đường line: 26mm  Bề mặt địa hình di chuyển: phẳng NHÓM IX CHƯƠNG : BỘ ĐIỀU KHIỂN Như điều khiển PID dành cho động A đạt yêu cầu thỏa mãn yêu cầu đề Tương tự, nhóm thu kết động B sau Hệ số PID từ công cụ PID Tuner động B 𝐾𝑝 = 0.87 { 𝐾𝑖 = 17.7 𝐾𝑑 = Hình 6.11 PID tuner cho động B Hình 6.12 cho thấy kết chạy thực áp dụng thông số PID từ PID Tuner Matlab Có thể nhận thấy đáp ứng hoàn toàn nằm cho phép Tuy nhiên sai số cịn lớn Hình 6.12 Đáp ứng động A với hệ số PID PID Tuner NHĨM 52 CHƯƠNG : BỘ ĐIỀU KHIỂN Hình 6.13 cho thấy kết sau tinh chỉnh 𝐾𝑝 = 1.1 { 𝐾𝑖 = 20.2 𝐾𝑑 = 0.004 Hình 6.13 Đáp ứng động B với hệ số PID sau tinh chỉnh Nhận xét đáp ứng động B:  Độ vọt lố: 0%  Sai số xác lập: 2%  Thời gian xác lập: 0.15s Như điều khiển PID dành cho động B đạt yêu cầu thỏa mãn yêu cầu đề 6.1.5 Thiết lập State space modeling cho hàm truyền động dùng cho mô Với hàm truyền động có dạng: 𝐺𝑑𝑐 = 𝐾 𝑊 = (1 + 𝜏𝑠) 𝑈 (6.20) Trong đó: W: vận tốc động U: Dutycycle xung PWM 𝐺𝑑𝑐 = NHÓM 𝐾 𝑊 = ⟺ 𝐾𝑈 = 𝑊 + 𝑊𝑠𝜏 (1 + 𝜏𝑠) 𝑈 (6.21) 53 CHƯƠNG : BỘ ĐIỀU KHIỂN ⇒ ⇒ 6.1.6 𝐾𝑢 = 𝑤 + 𝑤̇𝜏 (6.22) Đặt 𝑥1 = 𝑤 (6.23) 𝐾 𝑥1̇ = − 𝑥1 + 𝑢 𝜏 𝜏 (6.24) So sánh đáp ứng động mơ chạy thực Sau đây,nhóm tiến hành so sánh kết mô đáp ứng động dựa vào State space modeling PID rời rạc hóa chạy matlab với kết chạy thực Đồ thị sau biểu diễn đáp ứng động mô chạy thực điều khiển không dùng điều khiển PID chạy khơng tải Hình 6.14 Đồ thị so sánh đáp ứng động mô chạy thực (khơng PID khơng tải) Có thấy hai động cơ, khoảng thời gian từ 50ms tới 300ms, có sai khác vận tốc động mô chạy thực Trên động A, chênh lệch lớn 50 vòng/phút 100ms Trên động B, chênh lệch 30 vòng/phút 100ms Khoảng thời gian lại giống Như vậy, với hai hàm truyền này, khơng hồn tồn giống chạy thực chênh lệch chấp nhận Đặc biệt, giá trị vận tốc động đáp ứng hoàn toàn giống NHÓM 54 CHƯƠNG : BỘ ĐIỀU KHIỂN Dưới hai đồ thị đáp ứng động chạy khơng tải, có dùng điều khiển PID Trên hai động cơ, nhìn chung, kết gần giống Nếu xét thời điểm 0.1s kết cho mơ chạy thực gần giống nhau, chênh lệch 10 vịng/phút Do kết mơ đáng tin cậy đưa hệ vào mơ hình mơ hệ thống xe dị line Hình 6.15 So sánh đáp ứng thông số mô chạy thực động B có dùng PID Hình 6.16 So sánh đáp ứng thông số mô chạy thực động A có dùng PID NHĨM 55 CHƯƠNG : BỘ ĐIỀU KHIỂN 6.2 Mơ hình hóa xe dị line 6.2.1 Mơ hình động học hệ thống Mục đích việc mơ hình động học hệ thống đưa phương trình động học nhằm dùng cho việc thiết kế điều khiển bảo đảm chuyển động bám line xe Mơ hình bao gồm điểm quan trọng:  Điểm R: điểm tham chiếu cho robot;  Điểm M: trung điểm hai bánh chủ động;  Điểm C: Điểm tracking robot y t φR R yR A e3 φ t' B φ C yC M yM O xM xC xR x Hình 6.17 Mơ hình hóa xe dị line NHĨM 56 CHƯƠNG : BỘ ĐIỀU KHIỂN Phương trình động học điểm C Trong 𝑣𝑅 vận tốc tham chiếu xe 𝑥𝑅̇ cos 𝜑𝑅 [ 𝑦𝑅̇ ] = [ sin 𝜑𝑅 𝜑𝑅̇ 0 𝑣 𝑅 0] [𝜔 ] 𝑅 (6.25) Phương trình động học điểm M 𝑥𝑀̇ cos 𝜑𝑀 [ 𝑦𝑀̇ ] = [ sin 𝜑𝑀 𝜑𝑀̇ 0 𝑣 𝑀 0] [𝜔 ] 𝑀 (6.26) Phương trình động học điểm C 𝑥𝐶̇ [ 𝑦𝐶̇ ] = [0 𝜑𝐶̇ 0 −𝑑 sin 𝜑𝑀 𝑥𝑀̇ 𝑑 cos 𝜑𝑀 ] [ 𝑦𝑀̇ ] 𝜑𝑀̇ (6.27) Sai số xe so với điểm tham chiếu xác định sau: 𝑒1 𝑐𝑜𝑠𝜑 𝑠𝑖𝑛𝜑 𝑥𝑅 − 𝑥𝐶 𝑒 [ ] = [−𝑠𝑖𝑛𝜑 𝑐𝑜𝑠𝜑 0] [ 𝑦𝑅 − 𝑦𝐶 ] 𝑒3 0 𝜑𝑅 − 𝜑𝐶 ⇒ 𝑒1 𝑐𝑜𝑠𝜑(𝑥𝑅 − 𝑥𝐶 ) + 𝑠𝑖𝑛𝜑(𝑦𝑅 − 𝑦𝐶 ) [𝑒2 ] = [ −𝑠𝑖𝑛𝜑(𝑥𝑅 − 𝑥𝐶 ) + 𝑐𝑜𝑠𝜑(𝑦𝑅 − 𝑦𝐶 ) ] 𝑒3 𝜑𝑅 − 𝜑𝐶 (6.28) (6.29) Lấy đạo hàm hai vế theo thời gian: 𝑒̇1 −𝑠𝑖𝑛𝜑 [𝑒̇2 ] = 𝜑̇ [−𝑐𝑜𝑠𝜑 𝑒̇3 𝑐𝑜𝑠𝜑 −𝑠𝑖𝑛𝜑 𝑐𝑜𝑠𝜑 + [−𝑠𝑖𝑛𝜑 0 𝑥𝑅 − 𝑥𝑊 0] [ 𝑦𝑅 − 𝑦𝑊 ] 𝜑𝑅 − 𝜑𝑊 𝑠𝑖𝑛𝜑 𝑐𝑜𝑠𝜑 0 𝑥̇ 𝑅 − 𝑥̇ 𝑊 0] [ 𝑦̇ 𝑅 − 𝑦̇ 𝑊 ] 𝜑̇ 𝑅 − 𝜑̇ 𝑊 ⇔ 𝑒̇1 𝑒2 𝑐𝑜𝑠𝜑 [𝑒̇2 ] = 𝜑̇ [−𝑒1 ] + [−𝑠𝑖𝑛𝜑 𝑒̇3 ⇔ 𝑒̇1 𝜈𝑅 𝑐𝑜𝑠(𝜑𝑅 − 𝜑) − 𝑣 𝑒2 −𝑒 𝑒̇ [ ] = 𝜑̇ [ ] + [𝜈𝑅 𝑠𝑖𝑛(𝜑𝑅 − 𝜑) − 𝜔𝑑 ] 𝑒̇3 𝜔𝑅 − 𝜔 NHÓM 𝑠𝑖𝑛𝜑 𝑐𝑜𝑠𝜑 0 𝜈𝑅 𝑐𝑜𝑠 𝜑𝑅 − 𝑣𝑐𝑜𝑠𝜑 + 𝜔𝑑𝑠𝑖𝑛𝜑 0] [ 𝜈𝑅 𝑠𝑖𝑛 𝜑𝑅 − 𝑣𝑠𝑖𝑛𝜑 − 𝜔𝑑𝑐𝑜𝑠𝜑 ] 𝜔𝑅 − 𝜔 (6.30) (6.31) (6.32) 57 CHƯƠNG : BỘ ĐIỀU KHIỂN ⇒ 𝑒̇1 𝜈𝑅 𝑐𝑜𝑠(𝑒3 ) + 𝑒2 𝜔 − 𝑣 [𝑒̇2 ] = [𝜈𝑅 𝑠𝑖𝑛(𝑒3 ) − 𝑒1 𝜔 − 𝜔𝑑 ] 𝑒̇3 𝜔𝑅 − 𝜔 (6.33) ⇔ 𝑒̇1 𝜈𝑅 𝑐𝑜𝑠(𝑒3 ) −1 𝑒2 𝑣 [𝑒̇2 ] = [ 𝜈𝑅 𝑠𝑖𝑛(𝑒3 ) ] + [ −𝑒1 − 𝑑 ] [ ] 𝜔 𝑒̇3 𝜔𝑅 −1 (6.34) Hàm Lyapunov sau: 1 − cos 𝑒3 𝑉 = 𝑒12 + 𝑒22 + ≥0 2 𝑘2 (6.35) Đạo hàm hai vế 𝑉̇ = 𝑒1 𝑒1̇ + 𝑒2 𝑒2̇ + sin 𝑒3 𝑒3̇ 𝑘2 (6.36) 𝑉̇ = 𝑒1 (𝑣𝑅 cos 𝑒3 − 𝑣 + 𝑒2 𝜔) + 𝑒2 [𝑣𝑅 sin 𝑒3 + (−𝑒1 − 𝑑 )𝜔] ⇔ + ⇔ sin 𝑒3 (𝜔𝑅 − 𝜔) 𝑘2 𝑉̇ = 𝑒1 (𝑣𝑅 cos 𝑒3 − 𝑣 ) + sin 𝑒3 (𝜔𝑅 − 𝜔 + 𝑘2 𝑒2 𝑣𝑅 ) − 𝑑𝑒2 𝜔 𝑘2 (6.37) (6.38) Để hệ cân 𝑉̇ < (6.39) Vì cảm biến phototransistor xác định sai lệch phương pháp tuyến chuyện động xe, tức xác định giá trị 𝑒2 ; 𝑒1 = 𝑒3 = Vì vậy, phương trình 6.38 trở thành 𝑉̇ = −𝑑𝑒2 𝜔 Đặt 𝑘2 𝑒2 = 𝑑𝜔 ⇒ 𝜔 = ⇒ 𝑉̇ = −𝑘2 𝑒22 < NHÓM (6.40) 𝑘2 𝑒2 𝑑 (6.41) (6.42) 58 CHƯƠNG : BỘ ĐIỀU KHIỂN Vì vậy, điều khiển xe dò line xác định 𝑣, 𝜔 sau: 𝑣 = 𝑣𝑅 {𝜔 = 𝑘2𝑒2 (6.43) 𝑑 6.2.2 Thiết kế điều khiển xe dị line Thơng số cố định xe sau Bảng 1: Bảng so thông số xe dị line Thơng số Giá trị Đơn vị Khoảng cách bánh xe 2𝑏 = 180 mm Bán kính bánh xe 𝑟𝑊 = 80 mm Tốc độ tối đa động có tải 𝜔𝑊 𝑚𝑎𝑥 = 284 Thơng số Vận tốc xe cần đạt Giá trị 𝑣𝑅 = 0,5 vòng/phút Đơn vị m/s Khảo sát quan hệ khoảng cách tâm hai bánh tới cảm biến d sai số 𝑒2 lớn phần lớn quãng đường Tại đoạn cua 900 , nhóm định có giải thuật riêng xử lý đoạn nên sai số 𝑒2 bỏ qua NHÓM 59 CHƯƠNG : BỘ ĐIỀU KHIỂN Đồ thị sau biểu diễn quan hệ khoảng cách d sai số 𝑒2 lớn Qua đồ thị này, nhóm chọn d=95mm Hình 6.18 Đồ thị liên hệ d e2 Sau kết sau mô malab với 𝑣 = 0,5 𝑚 𝑠 ; 𝑘2 = 7,46 áp dụng tồn hành trình Nhận xét kết bám line sai số thông qua hai đồ thị sau Hình 6.19 Kết bám line mơ NHÓM 60 CHƯƠNG : BỘ ĐIỀU KHIỂN Hình 6.20 Đồ thị thể sai số bám line e2 mô Sai số lớn xuất khúc cua 900 Sai số lớn đoạn cua 50mm Nhận xét vận tóc góc hai động sau mơ Hình 6.21 Vận tóc góc hai động sau mơ NHĨM 61 CHƯƠNG : BỘ ĐIỀU KHIỂN Xét tại khúc cua 900 (time = 16s) thấy bánh phải bánh trái quay ngược chiều nhằm nhanh chóng đạt góc cua xe lớn Tương tự xe vào đoạn line cong (0-3s; 6-10s), vận tốc hai bánh lệch nhiều Cả quảng đường lại, vận tốc hai bánh dương 6.2.3 So sánh thực nghiệm mơ Dựa vào kết mơ phỏng, nhóm tiến hành cho xe chạy line thực Đối với hệ số 𝑘2 , dựa vào kết mơ phỏng, nhóm tiến hành tinh chỉnh hệ số nhằm đạt kết tốt Trên đoạn đường thẳng, vận tốc tham chiếu 𝑣𝑅𝑒𝑓 = 0,5 chiếu 𝑣𝑅𝑒𝑓 = 0,35 𝑚 𝑠 𝑚 𝑠 , 𝑘2 = 7,9 Trên đoạn đường cong, vận tốc tham , 𝑘2 = 9,8 Trên đoạn cua 90, vận tốc tham chiếu 𝑣𝑅𝑒𝑓 = 0,3 𝑚 𝑠 , 𝑘2 = Sau so sánh kết chạy thực mơ Hình 6.22 Đồ thị thể sai số e2 mô chạy thực NHÓM 62 CHƯƠNG : BỘ ĐIỀU KHIỂN Nhìn chung, đoạn thời gian = 0s tới thời gian = 10s kết mô thực nghiệm tương đối giống Từ 10s trở sau khơng cịn giống Cụ thể 10-15s 15-20s Nguyên nhân đoạn cong EF đoạn thẳng FG, chạy thực, nhóm giảm vận tốc xe để bám line tốt hơn; đoạn cua 900 , chạy thực nghiệm nhóm có giải thuật riêng Vì sai số chạy thực đoạn nhỏ mơ Hình 6.23 Đồ thị thể tốc độ góc bánh phải mơ chạy thực Hình 6.24 Đồ thị thể tốc độ góc bánh trái mơ chạy thực NHĨM 63 CHƯƠNG : BỘ ĐIỀU KHIỂN Tương tự vậy, khoảng trước 10s, nhìn chung tốc độ động mơ chạy thực có xu hướng tăng, giảm vận tốc gần gần giống nhau, tức hình dạng hai đường đồ thị giống Kể từ sau 10s, phản ứng động hồn hồn khác Hình 6.25 Vận tốc góc bánh trái phải chạy thực Có thể thấy, đoạn bám line cong 0-3s; 6-11s; 16-18s, vận tốc hai bánh dường đối xứng nhằm đưa góc nghiêng xe nhanh chồng tiếp tuyến với line NHÓM 64 CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT Kết chạy có tải kg xe đường 0.4 m/s Dựa theo tiêu chí ban đầu đề xe, xe đáp đứng yêu cầu tốc độ di chuyển robot tối thiểu 0.2m/s khả mang tải trọng lượng 2kg Dựa vào liệu thu chạy thực thế, sai số bám line lớn 40 mm Sai số xuất chủ yếu sau robot qua ngã giao từ đoạn cung tròn Các lý dẫn đến việc tăng sai số bao gồm: Giải thuật xử lý đoạn giao chưa tốt Làm ảnh hưởng tới kết từ cảm biến kể xe - qua đoạn giao - Sai số lắp đặt ảnh hưởng đến độ đồng trục hai động - Ma sát sinh bánh mắt trâu - Quán tính sinh xe trình quẹo cua - Sai số từ cảm biến độ phẳng map không đều, độ lún hai bánh cao su có tải ảnh hưởng tới chiều cao cảm biến tới sàn Cách khắc phục: - Khung xe, gá động chế tạo nhôm để kiểm sốt sai số gia cơng, lắp đặt - Thực đánh giá ảnh hưởng môi trường (ánh sáng, tình trạng map, …) lên giá trị đọc cảm biến nhằm tìm biện pháp khắc phục triệt để - NHÓM Nâng cao giải thuật điều khiển, đặc biệt giải thuật nhận biến xử lý đoạn giao 65 CHƯƠNG : TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƯƠNG : TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Trong Hùng, Ninh Đức Tốn, Kỹ thuật đo tập – Dung sai lắp ghép tiêu chuẩn hóa, NXB Giáo Dục, 2005 [2] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính tốn Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí tập hai, NXB Giáo Dục Việt Nam, 2016 [3] Ninh Đức Tốn, Nguyễn Trọng Hùng, Nguyễn Thị Cẩm Tú, Bái Tập Kỹ Thuật Đo, NXB Giáo Dục Việt Nam, 2009 [4] Nguyễn Tấn Tiến1, Trần Thanh Tùng2, Kim Sang Bong3, Mechatronic System Design through Project – A Case Study, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 2016 [5] Lê Khánh Điền, Vẽ Kỹ Thuật Cơ Khí, NXB Đại học Quốc gia TPHCM, 2015 [6] https://www.forbot.pl/forum/topics7/line-follower-pika-vt11418.htm [7] https://forum.pololu.com/t/fast-line-follower-with-products-from-pololu/1207 [8] https://www.pololu.com/blog/494/grants-line-following-robot-pinto [9] https://www.pololu.com/blog/491/nathans-line-following-robot-suckbot NHÓM 66 ... quan THIẾT KẾ CƠ KHÍ Lựa chọn bánh xe Tính tốn lựa chọn động Thiết kế thân xe, đồ gá Thiết kế mơ hình 3D Vẽ vẽ lắp, vẽ chi tiết Tính tốn dung sai chế tạo Hiệu chỉnh vẽ - kết cấu THIẾT KẾ ĐIỆN... viên tự chế tạo tải để đạt cố định thân robot  Số lượng bánh xe robot (bao gồm bánh dẫn động bánh bị động) chọn tùy thuộc vào thết kế nhóm  Trên robot trang bị hệ thống cảm biến để giúp robot. .. ÁN THIẾT KẾ CHƯƠNG : PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ Kết cấu khí 2.1 - Loại xe bánh với bánh chủ động đặt sau (hình 1.1) chọn có cấu truyền động đơn giản, dễ đồng phẳng - Bánh xe chủ động: từ yêu cầu đồ án,