Thiết kế xe dò line phân loại hàng theo khối lượng

Thiết kế cơ khí

- Bánh trước có xu hướng trượt do trọng tâm của xe không nằm trên trục nối giữa 2 động cơ nhưng nhược điểm này có thể được khắc phục thông qua bộ điều khiển. - Xe có thể di chuyển ở những địa hình cong bán kính nhỏ, địa hình dốc, trọng tâm tập trung ở giữa xe.

Cấu trúc điều khiển

Các slave còn lại sử dụng các vi điều khiển khác, thực hiện các tác vụ riêng biệt như: thu nhận và xử lí tín hiệu từ cảm biến, tính toán vị trí tương đối của xe so với line và truyền về cho master; thu nhận tín hiệu từ encoder, tính toán luật điều khiển cho động cơ, đảm bảo cho động cơ hoạt động theo đúng yêu cầu của master; v.v. Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị biến dạng (giãn hoặc nén), điều đó dẫn tới sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợi kim loại của điện trở strain gauges dán trên thân loadcell dẫn đến một sự thay đổi giá trị của các điện trở strain gauges.

Bộ điều khiển

Tuy việc giải thuật tự học phức tạp nhưng việc kết hợp thêm cảm biến để robot có thể ghi nhớ đường đi giúp cho robot có thể nhớ được trạng thái gia tốc và gốc của robot trong suốt đường đua nhằm tạo ra một tốc độ nhanh và ổn định trong suốt quá trình di chuyển. Giải thuật này dùng các tín hiệu ON/OFF đọc từ dãy cảm biến về bộ điều khiển và từ đó tính toán xác định vị trí tương đối giữa hướng xe so với đường line được thể hiện ở hình 2.14.

Lựa chọn Driver và điều khiển động cơ .1 Lựa chọn Driver cho động cơ

Với động cơ GA25 và động cơ Driver TB6612, ta tiến hành thực nghiệm để khảo sát đáp ứng của động cơ với từng mức Duty Cycle (PWM) khác nhau được trình bày hình 4.2. Mục tiêu của việc thiết kế bộ điều khiển PID là để đưa trạng thái đáp ứng của hai động cơ về cùng một trạng thái đáp ứng, mặc dù là chung một loại động cơ nhưng trạng thái đáp ứng của chúng lại khác nhau. Qua hai đồ thị trên ta thấy sự khác biệt một chút giữa khả năng đáp ứng của hai động cơ ta nhận ra cần phải thiết lập bộ điều khiển PID để đưa hai động cơ về cùng.

Sử dụng công cụ hỗ trợ của Matlab là “system Identification” để tìm ra hàm truyền phù hợp với từng động cơ để thiết lập bộ điều khiển PID.

Yêu cầu thiết kế mạch Ta có ba yêu cầu sau

- Loại cảm biến: Cảm biến quang, đầu phát là LED hồng ngoại, đầu thu là phototransistor. - Chiều cao lắp đặt và khoảng cách giữa cảm biến đảm bảo tín hiệu ổn định, liên tục và không bị nhiễu. Từ chương phương án thiết kế và đầu đề bài toán, đường line được sử dụng với hai màu trắng đen, ta dùng phototransistor kết hợp với LED hồng ngoại để nhận biết (hình 5.1), song song đó kết hợp đảm bảo việc che chắn tốt để tránh các ảnh hưởng của nhiễu từ môi trường.

Bằng việc tìm hiểu thông tin kết hợp trải nghiệm, vấn đáp các cửa hàng, nhận thấy hiện tại trên thị trường đang lưu hành phổ biến sản phẩm kết hợp phototransistor với LED hồng ngoài mang tên TCRT5000 với giá thành tương đối phù hợp với sinh viên.

Tính toán giá trị điện trở

Bên cạnh đó, ta sử dụng bộ lọc thông thấp RC với R=5100Ω, C=100nF giúp giảm sự xuất hiện của các tín hiệu có tần số cao đột ngột không mong muốn ở các chân tín hiệu đọc về từ vi điều khiển. Vì các thông số của nhà sản xuất thực hiện trong môi trường phòng thí nghiệm và sử dụng với mục đích chung, nên các thông số được lựa chọn từ các tính toán trên có thể chưa sát với đề bài yêu cầu được đặt ra. Các giá trị điện trở từ 3000(Ω) đến 4500(Ω) làm cho cảm biến khá nhạy với sa bàn và nhiễu với các ánh sáng, nhiệt độ trong phòng nên giá trị analog trả về khi thực nghiệm trên nền đen của sa bàn thấp (dưới 600) và thay đổi rất nhiều khi thay đổi độ cao.

Dựa vào kết quả thực nghiệm, ta thấy với R2=5100(Ω) chênh lệch giữa nền trắng và nền đen lớn nhất.

Xác định chiều cao đặt cảm biến

Từ kết quả trên, ta thấy ở chiều cao h=12mm, giá trị analog trả về tốt nhất nên ta chọn đây là chiều cao của cảm biến. Thực nghiệm với chiều cao 12 mm, ta thu được kết quả khi cho cảm biến di chuyển ngang qua line (với điểm 0mm là vị trí tâm line).

Xác định cách bố trí cảm biến

Ta chọn cách bố trí song song với phương chuyển động để đạt được sự đối xứng của vùng quét khi thiết kế.

Khảo nghiệm mạch cảm biến dò Line sau in

Với các thông số tính toán trên, nhóm thực hiện việc thực nghiệm cảm biến và kết quả trả về được thể hiện ở biểu đồ hình 5.17.

Cảm biến khối lượng

Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên loadcell làm cho loadcell bị biến dạng (giãn hoặc nén), điều đó dẫn tới sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợi kim loại của điện trở strain gauges dán trên thân loadcell dẫn đến một sự thay đổi giá trị của các điện trở strain gauges. Vì tín hiệu đầu ra của loadcell là tín hiệu Analog nên để vi điều khiển có thể đọc được cần phải chuyển đổi về tín hiệu Digital. HX711 được thiết kế để chuyển đối tín hiệu và ứng dụng điều khiển công nghiệp để giao tiếp trực tiếp với một cảm biến cầu.

Tín hiệu điện tạo ra bởi loadcell thường nhỏ và không dùng được cho vi điều khiển, do đó trong HX711, các tín hiệu này được xử.

Lựa chọn Pin

Mạch 18650 Battery Shield V3 được sử dụng trong các giải pháp cấp nguồn bằng pin cho các mạch sử dụng công suất nhỏ như Arduino, ESP8266, ESP32,.., mạch được. - Tích hợp mạch bảo vệ pin tự động ngưng sạc khi sạc đầy, tự động tắt nguồn khi pin yếu.

Thiết kế giao diện HMI điều khiển robot dò line thông qua bluetooth .1 Tổng quan về HMI

MIT App Inventor là một ứng dụng web nguồn mở ban đầu được cung cấp bởi Google và hiện tại được duy trì bởi Viện Công nghệ Massachusetts (MIT). Bằng cách sử dụng giao diện đồ họa, nền tảng cho phép người dùng kéo và thả các khối mã (blocks) để tạo ra các ứng dụng có thể chạy trên thiết bị Android. Các lập trình viên mới bắt đầu hoặc bất kỳ ai muốn tạo ra ứng dụng Android chỉ cần vào địa chỉ web của MIT, nhập thông tin tài khoản Google, và từ những mảnh ghép nhỏ, xây dựng những ý tưởng của mình.

Ổn định, ít bị nhiễu trong quá trình sử dụng, có số lượng chân điều khiển phù hợp với vi điều khiển.

Mô hình hóa động học

Trong trường hợp robot di chuyển theo chiều ngược lại thì giá trị d được thay bởi −d, có nghĩa là d âm hay dương phụ thuộc vào hướng di chuyển của xe.

Mô phỏng kết quả bám line

Do đạo hàm của V luôn âm dưới mọi tác động của bộ điều khiển nên hệ thống ổn định với bộ điều khiển đã chọn theo tiêu chuẩn Lyapunov và giá trị các sai số e1,e2, e3 sẽ tiến về 0 khi t → ∞.