II. Dùng Sensor hồng ngoại (IR) để dò vạch trắng
3. Cấu tạo quadrotor
Các bộ thành phần cơ bản của quadrotor là: - Hệ thống cơ khí và và truyền động. - Hệ thống điều khiển.
- Hệ thống cảm biến. - Hệ thống truyền thông.
a. Hệ thống cơ khí và truyền động
Hệ thống cơ khí và truyền động bao gồm hệ thống khung, động cơ và ESC.
Khung của quadrotor phải được thiết kế với yêu cầu nhỏ gọn nhưng phải thỏa mãn được độ bền, chịu được mô men uốn cao để dễ dàng cho việc điều khiển.
Trong quadrotor thường sử dụng động cơ không chổi than để truyền động cho cánh quạt vì loại động cơ này có tốc độ cao và không có chổi than nên không bị mòn cổ góp và không bị phóng tia lửa điện gây tổn hao năng lượng. Trên thị trường có nhiều loại động cơ không chổi than với công suất và lực nâng tối đa khác nhau. Động cơ EMAX BL2215/20 có sức nâng tối đa 800g, có thể đạt được tốc độ 12000 vòng /phút rất phù hợp với yêu cầu của bài toán là nâng được khoảng 1kg.
Hình 7. Động cơ EMAX BL2215/20
Loại động cơ này hoạt động dưới điện áp 11.1v, điều đặc biệt là stato (vỏ bên ngoài gắn các nam châm vĩnh cửu) quay tròn theo trục động cơ còn roto mang các cuộn dây đứng yên. Có 3 dây điều khiển động cơ và được quấn thành 9 cuộn xen kẽ trong roto. Việc điều khiển động cơ dựa trên việc cấp xung cho các cuộn dây (tương tự như động cơ bước). Để đảo chiều động cơ ta chỉ cần thay đổi vị trí cho 2 trong 3 dây điều khiển.
Động cơ một chiều không chổi than có ưu điểm tốc độ cao hơn, bền hơn so với động cơ một chiều có chổi than. Ngày nay, động cơ không chổi than được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống như trong các ổ đĩa máy tính, máy nghe nhạc, các bộ phận máy móc trong công nghiệp quay cao, xe đạp điên, xe máy điện…
Hình 8. Mô hình động cơ một chiều không chổi than
Với động cơ một chiều không chổi than, từ trường quay được tạo ra thông qua 1 bộ mạch điện tử điều khiển tốc độ (ESC). Trong kết cấu của động cơ một chiều không chổi than, cuộn dây của mỗi nam châm điện thay đổi độ lớn từ trường tuần tự bằng ESC. Nam châm vĩnh cửu được gắn vào vỏ quay tạo thành các pha sao cho nó quay khi có từ trường quay.
ESC EMAX25A là thiết bị để điều khiển tốc độ động cơ, nó có 3 đầu vào là 2 dây nguồn nối với pin có điện áp 11.1v và 1 dây điều khiển, dây điều khiển được nối với mạch trung tâm và nhận xung điều khiển từ mạch trung tâm, tốc độ của động cơ phụ thuộc vào độ rộng của xung điều khiển. 3 đầu ra được nối với 3 dây điều khiển của động cơ, muốn động cơ quay thuận hay quay nghịch ta chỉ cần đảo vị trí 2 trong 3 đầu nối giữa ESC và động cơ. Để tạo ra từ trường quay cùng pha với nam châm, ESC phải luôn biết được vị trí của nam châm vĩnh cửu và vận tốc của nó. Có 2 cách để làm điều này:
Cách thứ nhất: Sử dụng cảm biến để nhận biết vi trí của rotor.
Cách thứ hai: cảm ứng một trong 3 pha của xung điện từ trường (EMF- Electromagnetic field pluses).
Cả hai cách đều có ưu nhược điểm riêng, tuy nhiên hầu hết các hệ thông động cơ một chiều không chổi than sử dụng cho mô hình bay đều dùng phương pháp cảm ứng EMF.
Khi rotor quay, cuộn dây của nam châm điện còn lại chưa có điện sẽ tương tác với từ trường của nam châm vĩnh cửu và phát sinh năng lượng giống như máy phát điện. ESC nhận biết xung điện phát sinh này và xung điện phản hồi. Điều khiển vận tốc của động cơ một chiều không chổi than bằng phương pháp cảm ứng dựa trên phát hiện thời điểm của mỗi pha trong khoảng thời gian giữa xung điện thế phát sinh và xung điện phản hồi. Mục đích là tìm thời điểm mà cả cuộn dây của nam châm điện không có điện và từ trường của nam châm vĩnh cửu cũng chưa làm cuộn dây phát điện. Đó là điểm nằm trong khoảng xung giữa xung điện thế phát sinh và xung điện phản hồi, lúc này ESC biết được vị trí của mỗi nam châm vĩnh cửu và sử dụng thông tin này để cấp điện cho nam châm điện đúng lúc tạo nên một từ trường quay sao cho các cặp của nam châm vĩnh cửu và nam châm điện đối diện nhau hoặc là đẩy nhau hoặc là hút nhau để động cơ quay.
Nếu ta cần nam châm quay nhanh hơn, ta sẽ tăng lực từ trường. Bằng cách tăng độ rộng xung (PWM), từ trường sẽ mạnh hơn và làm mô men xoắn tăng, rotor quay nhanh hơn. ESC
Hình 10. Sơ đồ chuỗi xung
tăng tần số cấp xung điện cho nam châm điện để đáp ứng đúng thời điểm cùng với sự tăng tốc của rotor. Do đó ESC phải tăng độ lớn của từ trường trước rồi tiếp theo phải tăng tần số xung.