Có thể nói đây là phần quan trọng nhất trong robot dò đường, quyết định khả năng di chuyển của robot. Nếu bộ phận này hoạt động không chính xác, robot sẽ bị
lạc đường. Như vậy, để có thể hoàn thành mục tiêu là đi đúng đường đi đã định trước, bộ phận này phải có khả năng nhận biết vạch đen trên nền trắng, đồng thời có khả năng nhận biết được các chỗ đường cong, ngã ba, ngã tư để đưa về bộ điều khiển nhằm điều khiển robot đi theo con đường đã định sẵn.
2.1.1 Nguyên lý cơ bản
Chúng ta đều biết rằng ánh sáng bao gồm 7 màu cơ bản: đỏ, cam, vàng, lục, lam, tím, xám, trắng. Ánh sáng trắng là ánh sáng tổng hợp của 7 loại ánh sáng đơn sắc trên. Sở dĩ chúng ta có thể thấy vật màu đỏ, vật kia màu vàng là do khi ánh sáng trắng chiếu tới, những ánh sáng màu khác bị hấp thụ, chỉ còn những ánh sang màu đỏ(hay vàng) là bị phản xạ lại. Mắt chúng ta thu nhận được những ánh sáng này và chúng ta nhận biết được màu sắc của vật.
Dựa vào nguyên lý trên, người ta đã cho ra đời những vật biết nhận biết màu sắc. Những cảm biến này khá đắt so với điều kiện kinh tế của sinh viên. Rõ ràng với môi trường di chuyển của robot đã nêu thì ta sẽ chỉ cần một cảm biến nhận biết được nơi nào sáng, nơi nào tối là đủ. Với những vạch đen đó sẽ là nơi tối, với nền trắng đó sẽ là nơi sáng và nhiệm vụ của robot là sẽ đi theo những vạch tối đó. Chúng ta có thể làm ra các cảm biến chuyên dụng nhưng giá thành rất cao.
2.1.2 Các loại cảm biến
Trên thị trường hiện nay có các loại cảm biến đơn giản phù hợp với đề tài như cảm biến quang, cảm biến hồng ngoại… Trong phạm vi đề tài này em sử dụng cảm biến hồng ngoại do cảm biến hồng ngoại dễ sử dụng, giá thành rẻ, được cung cấp nhiều trên thị trường và có tính ổn định cao.
2.1.2.1 Cảm biến hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoại là một dạng cảm biến có khả năng nhận biết ánh sáng hồng ngoại chiếu vào. Do đó, chúng ta sử dụng một cặp led thu phát hồng ngoại để nhận biết vạch đen.
Hình 2.1 Nguyên tắc nhận biết vạch của led thu phát hồng ngoại
Led phát sẽ phát tia hồng ngoại hướng về phía mặt phẳng đường đi, đường đi sẽ phản xạ tia này lại led nhận. Tuỳ vào màu sắc đường đi tối hay sáng mà cường độ tia hồng ngoại phản xạ lại ít hay nhiều.
Một vạch cảm biến hồng ngoại gồm một LED phát hồng ngoại (infrared emitter) và một transistor thu hồng ngoại (infrared phototrasistor).
Nguyên tắc hoạt động: Khi cường độ phát càng lớn thì dòng điện chạy qua phototransistor càng lớn. Khi không có ánh sáng chiếu tới, transistor tắt, tín hiệu ngõ ra là mức 1. Khi có ánh sáng chiếu tới transistor dẫn, xuất hiện dòng điện ic. Nếu cường độ ánh sáng đủ mạnh, transistor bị bão hoà và cực C được nối đất. Ở đây chúng ta cần nhận biết là có vạch hay không có vạch do đó chúng ta cần tạo ra một điện áp ngưỡng. Nếu áp ra nhỏ áp ngưỡng tức là có vạch, ngược lại không có vạch.
Theo trên, chúng ta nhận thấy rằng mạch điện khá đơn giản, tuy nhiên mạch này rất dễ bị nhiễu với ánh sáng tự nhiên và ánh đèn vì vậy ta phải che chắn thật tốt.
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý thu phát hồng ngoại
2.1.2.2 Cảm biến quang
Về nguyên tắc dùng ánh sáng khả biến về nhận biết vạch đen cũng tương tự như dùng ánh sáng hồng ngoại. Thay vì dùng LED phát hồng ngoại, ta sẽ dùng LED đơn sắc và thay phototransistor bởi quang trở.
Hình 2.3 Hình ảnh quang trở thực tế
Quang trở là một loại điện trở đặc biệt, điện trở của quang trở thay đổi tuỳ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu lên nó. Trên thị trường hiện nay có hai loại quang trở:
- Dạng thứ nhất có điện trở giảm khi được chiếu sáng (nedative co-efficient) - Dạng thứ hai có điện trở tăng khi được chiếu sáng (positive co-efficient)
Hình 2.4 Nguyên lý thu dùng ánh sáng khả biến
2.2 Động cơ DC
Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều hay còn gọi là điện DC. Có rất nhiều loại động cơ DC được bán trên thị trường. Chọn loại nào cho phù hợp với thiết kế là rất quan trọng.
2.2.1 Cấu tạo
Động cơ điện DC thường được cấu tạo bơi 2 thành phần chính là Stator và Rotor. Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều, một phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này gồm một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.
2.2.2 Nguyên tắc hoạt động
Phần chính của động cơ điện gồm phần đứng yên (stator) và phần chuyển động (rotor) được quấn nhiều vòng dây dẫn hay có nam châm vĩnh cửu. Khi cuộn dây trên rotor và stator được nối với nguồn điện, xung quanh nó tồn tại các từ trường, sự tương tác từ trường của rotor và stator tạo ra chuyển động quay của rotor quanh trục hay 1 mô men.
Phần lớn các động cơ điện hoạt động theo nguyên lý điện từ, nhưng loại động cơ dựa trên nguyên lý khác như lực tĩnh điện và hiện ứng điện áp cũng được sử dụng. Nguyên lý cơ bản mà các động cơ điện từ dựa vào là có một lực cơ học
trên một cuộn dây có dòng điện chạy qua nằm trong một từ trường. Lực này theo mô tả của định luật lực Lorentz và vuông góc với cuộn dây với cả từ trường.
Phần lớn động cơ từ đều xoay nhưng cũng có động cơ tuyến tính. Trong động cơ xoay, phần chuyển động được gọi là rotor, và phần đúng yên gọi là stator.
Khi hoạt động, động cơ điện một chiều hoạt động theo nguyên tắc sau:
Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, dễ đẩy nhau tạp ra chuyển động quay của rotor
Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1.