1. 4M căđíchănghiênăcứuăđ tài
3.3Tínhătoánăđ ngăc truy năđ ng
Đ ngăc ătruy năđ ngăđ c l p vào hai bánh truy năđ ngăđ di chuy n RBCC thực hi n chuy năđ ng c t c . Công su t củaăđ ngăc ăcầnăđ cătínhătoánăđủ l năđ có th di chuy n đ c RBCC. Mu n v y,ăđ ngăc ăcần ph i t o ra momen xo năđ có th th ng t t c momen c n tr sự di chuy n của Robot.
Công su t củaăđ ngăc ăđ c tính toán theo công thức (3.29)
� =�.� (3.29) Trongăđó:
� : là t ng công su t củaăhaiăđ ng c
� = � +� : là t ng momen xo n của hai bánh xe truy năđ ng
� =� =� : là v n tóc góc của hai bánh xe T công thức (3.26) và (3.27) ta có: � = � +� = .� + .� + .� + .� + �1.� +� + (�1.� +� ) � = � +� = .� + .� + .� + .� +� (3.30) V i :
� = �1.� +� + (�1.� +� ):t ng momen c nătácăđ ng lên tr c
đ ngăc . Ta có:
� = ��1 (3.31)
Hình 3.2:H lựcătácăđ ng lên RBCC
Đ xácăđ nh momen kéo của bánh xe ta phân tích h lựcătácăđ ng lên RBCC khi Robot tr ng léo d cănh ăHìnhă3.2.
Trongăđó:
- PG : tr ngăl ng toàn b của máy c t c . Tr ngăl ngănƠyăđ c phân ra làm hai thành phần: thành phần t o ra lực c n của tr ngăl ng khi máy leo d c FGvà thành phần t o ra áp lực lên mặt n n c NG.
- FK1 : lực kéo ti p tuy n bánh xe chủ đ ng.ăĐơyălƠăph n lực của mặt n năđ c sinh ra do momen kéo MK1tácăđ ng vào mặt n n.
- FCN1, FCN2 : lực c n của n n (lực c nălĕn)ătácăđ ng lên bánh chủ đ ng, b đ ng.
- FCM: lực c n của c tácăđ ng vào Robot
- NG1, NG2: ph n lực pháp tuy n của n n c tác d ng lên bánh chủđ ng, b đ ng.
- MK1: momen kéo của bánh xe truy năđ ng. Ta có: MK1 = FK1. r (3.32) FK1 = FG + FCN 1 + FCN 2 + FCM (3.34) FCN 1+ FCN 2 = NG1+ NG2 × f (3.34) V i FK1: t ng các lực c năbênăngoƠiătácăđ ng lên RBCC. f : h s c nălĕn
Sau khi tính toán, ch nă đ ng c ă đi n có h p gi m t c v i các thông s kỹ thu t sau: ngu năđi năDCă24ăV,ădòngăđi n s d ng 5 A, s vòng quay tr c ra n = nđc = 80 vòng/phút, Công su t 120 W, kh iăl ng 5 kg là phù h p cho Robot.
3.4 Qu đ o chuy năđ ng
Đ RBCC có th di chuy n c t h t di n tích th m c , ta cần có gi i pháp v quỹđ o di chuy năđ t đóăđi u khi n RBCC di chuy n theo quỹđ o này. Hai gi i pháp v quỹđ o di chuy năđ căđ aărađ c trình bày trên Hình 3.3.
a.Quỹđ oăđ ng xo n óc b. Quỹđ oăđ ng qua l i vuông góc
Hình 3.3:Gi i pháp v quỹđ o di chuy n
Hình 3.3a trình bày quỹ đ o của RBCC di chuy nătheoă đ ng xo n óc d c theo biên của th m c t ngoài vào trong. V i gi i pháp quỹ đ o di chuy n này, RBCC có th di chuy n c t h t di n tích th m c . Tuy nhiên, trong quá trình di chuy n RBCC ph i r nhi u lầnă h nă soă v i Hình 3.3b. V i quỹ đ o Hình 3.2b RBCC chuy năđ ngătheoăđ ng qua l i vuông góc. Quỹđ o này giúp cho RBCC d dàng chuy năđ ngăh năvìăth i gian RBCC ch y th ng nhi uăh năth i gian r đ đ i h ng. Khi RBCC thực hi n chuy năđ ng r thì có sự trên l ch v v n t c giữa hai bánh truy năđ ng trái và ph i, d năđ n lực truy năđ ng phân b khôngăđ u trên hai bánh r t d làm cho bánh b tr t hoặc công su t ho tăđ ng củaăđ ngăc ăluônă mức cao.ăNg c l i,ăkhiăđiăth ng, v n t c truy năđ ng giữaăhaiăbánhăt ngăđ iăđ u nhau, lực phân b trênăhaiăbánhăcũngăđ u, công su t ho tăđ ng củaăhaiăđ ngăc ăluônăđ c s d ng do v y kh nĕngăv tăch ng ng i v t t tăh nătrongăquáătrìnhăr .
V i các y u t trên, chúng tôi ch n gi i pháp chuy năđ ngătheoăđ ng qua l i vuông góc đ đi u khi n quỹđ o di chuy n cho RBCC.
Ch ngă4
THI T K H TH NGăĐI N VÀăĐI U KHI N
4.1 Gi i thi u h th ngăđi n
VIăĐI UăKHI NăCHệNH B ăTHUăTệNă HI UăĐI Nă TR NG B ăPHỄTăTệNă HI UăĐI Nă TR NG
VIăĐI UăKHI Nă
PH ă1 VIăĐI UăKHI N PH ă2 M CHăCỌNGă SU Tă1 DC SERVO MOTOR 1 M CHăCỌNGă SU Tă2 DC SERVO MOTOR 2 PIN 5V AC QUY 24V ENCODER 1 ENCODER 2 C MăBI Nă LABAN (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tínăhi uăđi uăkhi n Đ ngănĕngăl ng
Hình 4.1:H th ngăđi n trong RBCC
H th ngăđi n là m t b ph n không th thi uăđ cătrongărobot.ă Đơyă lƠăh th ng huy t m ch giúp robot truy n t i tín hi u và cung c pănĕngăl ngăđ năcácăc ă c u ch p hành. H th ngăđi nătrongăRBCCăđ c thi t k đ cung c pănĕngăl ng và
truy n tín hi uă đ đi u khi n v n t că haiă đ ngă c ă bánhă truy nă đ ng,ă đi u khi n h ng di chuy n cho robot, giao ti p dữ li u v iămáyătính.ăS ăđ t ng quát của h th ngăđi nătrênărobotăđ c trình bày trên Hình 4.1.
RBCCđ c thi t k v i hai lo iăđ ngăc truy năđ ng là haiăđ ngăc ăđi n DC servo s d ng ngu năđi nă24Văđ c cung c p t c quy. H th ngăđi n g m m t b vi x lýăchínhăđ thực hi năcácăquáătrìnhăđi u khi n.ăCh ngătrìnhăđi u khi n s đ c n păvƠăl uăquaăb viăđi u khi n này.ăĐ ng th i,ăviăđi u khi n có chứcănĕngă thu t p thông tin t các tín hi uăđầuăvƠoăđ ti n hành x lý.ăViăđi u khi n chính đ c k t n i và truy n dữ li u giao ti p v iăhaiăviăđi u khi n ph m t và hai. Hai vi đi u khi n ph có chứcănĕngăđi u khi n hai m ch công su t củaăhaiăđ ngăc ătruy n đ ngăvƠăđ c tín hi u t thi t b đoăv n t c. H th ngăđi n trong RBCC còn có các m chăđ phát và thu tín hi uăđi nătr ng, m chăxácăđnh t tr ng củaătráiăđ t qua c m bi n la bàn s . Nĕngăl ngăchoăcácăviăđi u khi n, các m ch phát và thu tín hi u đ c cung c p b i ngu năđi n DC 5V.
4.2 Các thi t b trong h th ngăđi n
4.2.1 Tínhătoánădungăl ngăđi n căquyăchoăđ ngăc ăđi n truy năđ ng
Quá trình di chuy n củaăRBCCăđ c thực hi n nh haiăđ ngăc ătruy năđ ng. V i truy năđ ng b ngăhaiăđ ngăc ăđi n thì vi căđi u khi n chuy năđ ng của robot s d dàng vƠălinhăđ ngăh năsoăv iăđi u khi n b ng bánh lái. Nh ăđƣătínhătoánăv công su t và ch năđ ngăc truy năđ ng ta có t ng công su t của 2 đ ngăc ătruy n đ ng là 240 W.
Dungăl ngăđi n của căquyăđ c tính theo công thức (4.1)
AH = T . P / ( U . pf) (4.1) Trongăđó:
AH:ădungăl ngăđi n cho c quy
T = 8 gi : t ng th i gian ho tăđ ng của bình (ta ch n cho máy ho tăđ ng liên t c trong 8 gi )
P = 240 W: t ng công su t s d ng U = 24 V: hi uăđi n th s d ng
pf = 0,7: h s công su t của bình (có giá tr 0,7 hoặc 0,8 tùy vào t ng lo i bình)
Th vào công thức (4.1) ta đ c:
AH = 8 . 240
24 . 0,7≈ 114 V y ngu năđi n cần s d ngăđ Robot có th ho tăđ ng trong 8 gi thì ta cần ngu n bình c quy có hi uăđi n th 24V,ădòngă5A,ădungăl ngăđi n cho c quy 114 AH.
4.2.2 Viăđi u khi n
Viăđi u khi n là m t máy tính đ c tích h p trên m t chíp,ănóăth ngăđ c s d ng đ đi u khi n các thi t b đi n t .ăViăđi u khi n, thực ch t, là m t h th ng bao g m m t vi x lý có hi u su tăđủ dùng và giá thành th p (khác v i các b vi x lýăđaănĕngădùngătrongămáyătính)ăk t h p v i các kh i ngo iăviănh b nh , các mô đunăvƠoăvƠăra,ăcácămôăđunăbi năđ i s sangăt ngătự vƠăt ngătự sang s ,... máy tínhăthìăcácămôăđunăth ngăđ c xây dựng b i các chíp và m ch ngoài.
Robot là m t lo i máy có kh nĕngăthực hi n công vi c m t cách tựđ ng b ng m t máy tính hoặc các vi m chăđi n t đ c l pătrìnhătr c. Chúng là m t th th ng nh t giữaăc ăkhíăvƠăđi n.ăĐ có robot có th ho tăđ ngătr nătru,ăcácăđ ng tác có th nh p nhàn thì cần ph i có m t sự k t h p nh p nhàn giữa h th ngăc ăvƠăđi n. Trung tâm của vi c ph i h p t t c các h th ngănƠyăchínhălƠăviăđi u khi n.ăViăđi u khi n đ căxemănh ălƠăb não của robot.
4.2.3 M ch công suất
M ch công su t có chứcănĕngănh n tín hi uăđi u khi năvƠăđi u khi năcácăđ ng c ăv iăđi n áp và dòng l n h n. M ch có chứcănĕngăđ o chi uădòngăđi năđ đi u khi n chi u quay củaă đ ngă c .ă S ă đ nguyên lý của m ch công su tă đi u khi n chi u quay củaăđ ngăc ăđ c trình bày trên Hình 4.2. Vi căđi u khi năđ o chi u dòngăđi năđ c thực hi n b i b n ti păđi m L1, L2, R1, R2. Khi cặp ti păđi m L1 vƠăR2ăđóngăthìăchi uădòngăđi n s điăt Aăđ năBălƠmăđ ngăc ăquayătheoăchi u thứ
nh t. Khi cặp ti păđi măL2ăvƠăR1ăđóngăthìăchi uădòngăđi n s điăt B sang A làm đ ngăc ăquayătheoăchi uăng c l i.
Hình 4.2:S ăđ nguyên lý của m ch công su t
4.2.4 Các thi t b c m bi n và b trí l păđặt
4.2.4.1 Gi i thi u
Đ i v iăRBCCănóiăriêngăcũngănh ărobotătự hành nói chung, ngoài tầm quan tr ng của b đi u khi n thì c m bi năcũng đóngăvaiătròăquanătr ng không kém. N u thi u c m bi n thì b đi u khi n ho tăđ ng mà không có tín hi uăđầu vào, khiăđó robot không th nh n bi tăđ căđi u ki n thực t đ cóăh ng x lý thích h p. Các c m bi n là thi t b đi n t c m nh n nhữngăthayăđ i t môiătr ng bên ngoài và bi năđ i thành các tín hi uăăđi năđ đi u khi n các thi t b khác.ăTrongăđ tài này, đ iăt ng nghiên cứu là RBCC có kh nĕngătự chuy năđ ng theo m t quỹđ o nh t đ nhăđ mang dao c t c di chuy n h t trên di n tích của th m c thực hi n quá trình c t c .Vì th RBCC cầnăđ c trang b các h th ng c m bi năđ có th nh n bi t và ki măsoátăđ c ph ng,ăchi u, t căđ và vùng biên ho tăđ ng thực t khi thực hi n c t c .
Trongăđ tƠiăRBCCăđ c thi t k thực hi n vi c c t c trênănh ăHình 4.3. Đ gi i h n vùng biên ho tăđ ng của robot, ta l p trên vùng biên của th m c s i dây d c theo biên, s i dây này có kh nĕngăphátăraăđi nătr ngă(dơyăđi nătr ng). Khi RBCC di chuy nă đ n vùng biên, robot phát hi nă đi nă tr ng b i c m bi nă đi n tr ng l p trên RBCC.
Hình 4.3:T ng th khu vực RBCC thực hi n quá trình c t c
Đ robot có th c t h t c trên vùng ho tăđ ngăthìărobotăđ căđi u khi n theo quỹđ o chuy n đ ngănh ăHìnhă4.3. Khi chuy năđ ng theo quỹđ o này, m t chu kỳ chuy năđ ng củaăRobotăđ c chia làm 4 quá trình: quá trình Robot ch y th ng, quá trình Robot đ iăh ng theo chi u ph i, quá trình Robot ch y th ng, quá trình Robot đ iăh ng theo chi u trái. Đ ng th i các quỹđ o chuy năđ ng th ngăđiăvƠăv của dao c t ph iăđ m b o các l p c t trùng lên nhau m t kho ngănƠoăđóăđ đ m b o dao c t c tăđ c h t c . (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đ đi u khi năph ngăvƠăh ng cho robot di chuy n, robotăđ căđi u khi n ph ngăb i vi c dùng c m bi n la bàn s . Vi căđi u khi nă ph ngătheoăph ngă pháp này ít b nhăh ng b i các y u t bên ngoài tácăđ ngălênăquáătrìnhăxácăđnh ph ngădiăchuy n của robot nh ăcác ph ngăphápăkhácăxácăđ nhăph ngădiăchuy n dựaă vƠoă đ cao của c c tă vƠă ch aă c t. Theo ph ngă phápă xácă đ nhă ph ngă vƠă h ngăđiădựa vào c m bi n la bàn s , robot xác đ nhăph ngăvƠăh ng dựa vào t tr ngăxácăđ nh củaătráiăđ t. Khi la bàn s l ch v i t tr ngătráiăđ t m tăgócăđ nƠoăđóăthìăc m bi n la bàn s s xu t m t giá tr s xácăđ nh, cĕnăcứ vào các giá tr nƠyătaăxácăđ nhăđ căph ngăđi u khi n cho RBCC.ăBanăđầuăRobotăđ căxácăđ nh
m t giá tr đ thi t l păchoăph ngădiăchuy năđ ng th ngăđiăvƠăm t giá tr đ thi t l păchoăph ngădiăchuy năđ ng th ng v .ăKhiăđiăth ng n u Robot b đ i h ng giá tr la bàn s s thayăđ iăv t qua giá tr thi t l p thì b đi u khi n s đi u khi n cho Robot v l i giá tr thi t l p. Khi r , Robot s thực hi n chu trình dò tìm các giá tr tr v của la bàn s ,ăđ n khi so sánh giá tr tr v b ng v i giá tr thi t l p Robot s l yăđóălƠmăph ngăđ thực hi n quá trình ch y v . H th ng c m bi n của RBCC đ c trình bày trên Hình 4.4. B ăĐI UăKHI N B ăTHUăTệNă HI UăĐI Nă TR NG B ăPHỄTăTệNă HI UăĐI Nă TR NG ENCODER C MăBI Nă LAăBÀNăS Hình 4.4:H th ng c m bi n của RBCC 4.2.4.2 C m bi năđi nătr ng
RBCCăđ c trang b c m bi năđi nătr ngăphíaătr căRobotădùngăđ phát hi n gi i h n biên. C m bi năđi nătr ng g m hai b ph n, b ph năphátăđi n là s i dây kim lo iăđ c l păđặt d c theo biên của th m c , b ph năthuăđi nătr ngăđ c l p phíaă tr c của RBCC. Hình 4.5 th hi n v trí của c m bi nă đi nă tr ng trên RBCC.
Đi nătr ngăđ c t o ra b ng cách t o m t xung vuông có tần s khôngăđ iăđiă qua s i dây, càng gần s i dây thì t tr ng càng l n. T tr ng phát ra trong s i dơyăđ c phát hi n khi cu n c m. B c m bi n gi i h năbiênăđ c t o ra t hai m ch phát và thu tín hi u t tr ng. M ch phát ra tín hi uăđi nătr ng s d ng s d ng th ch anh có tần s 4MHzăvƠăICă4060ăđ t o ra tần s 62.5 KHz, m chăđ c cung c p ngu n pin 9V ậ20mA.ăĐi nătr ngăđ c t o ra trong s i dây của b ph n phát tín hi u s đ c phát hi n nh cu n dây có lõi s tăđ c g n bên trái và bên
ph i củaărobot.ăĐ có th nh n c ngăh ngăđ c v i tín hi uăđi n-t tr ngăđ c t o ra b i tần s 62,5 KHz, ta cần ph i ch n giá tr đ tự c m L của cu n dây và di n dung C của t đi n cho phù h p.
Hình 4.5: V trí của c m bi năđi nătr ng trên RBCC.
4.2.4.3 C m bi n la bàn s
Đ xácăđ nhăph ngăchuy năđ ng của RBCC ta s d ng c m bi n la bàn s CMPS03. C m bi n la bàn s đi n t CMPS03 là m ch c m bi năđ c thi t k v i chứcănĕngăđặc bi tăgiƠnhăchoărobotăđ giúp robot chuy năh ng chính xác. La bàn s s d ng c m bi n t tr ng Philips KMZ51 là lo i c m bi năcóăđ nh y cao v i t tr ngătráiăđ t.C m bi n nh n bi t t tr ng củaătráiăđ t và xu t ra các giái tr t 0 ậ 3599 giá tr t ng ứng t 0 ậ360ăđ .
4.2.4.4 C m bi n đoăgócăquayă(encoder)
Hình 4.6:C u t o của Encoder
Encoder là c m bi nădùngăđ đoăv trí góc của tr căđ ngăc .ăEncoderăđ c s d ng trong nghiên cứu có c u t oănh ăHìnhă4.6 bao g m m tăđĩaătrònăxoay,ăquayă quanh tr c, đ c làm b ng nhi u v t li uă khácă nhauă nh :ă kimă lo i, nhựa,ă đĩaă t ...Trênăđĩaăcóăcácăl (rãnh), hoặc v ch mực. C u t o của encoder g măhaiăđĩa,ăm t đĩaăđứng yên và m tăđĩaăquay.ăTuỳ vào lo iăencoderămƠăđĩaăquayăg m hai hay ba vòng, hai vòng ngoài chia làm n kho ng góc b ng nhau liên ti p các v chăđenă(rƣnh)ă và trong su t, vòng thứ ba ch có m t rãnh nh . Có ba c m bi n quang h c, các ngu năsángăt ngăứng và m t b đi u khi n t o xung vuông ngõ ra.
4.3 K t qu các thi t b trong h th ngăđi n
Nh ăv y t t c các thi t b đƣăđ c ch n và thi t k đ s d ng cho RBCC.