2. ệu ên quan:
2.1.2. Thiết kế phần cứng 1 Cơ chế bộ á
2.1.2.1. Cơ chế bộ á
Cơ chế bộ lái Ballbot CMU có lẽ là phương pháp cho cơ chế bộ lái đơn giản nhất, nó sử dụng cơ cấu 'lái ổ chuột-bóng "- minh họa trong hình 2.2. Hai con l n lái vuông góc được sử dụng, mỗi con l n được lái bóng bởi một động cơ servo DC thông qua một vành đai. Đối diện mỗi con l n lái bóng là hai con l n trượt chạy không tải, con l n được sử dụng để xác định vị trí quả bóng (Lauwers et al, 2006.). Lợi thế của việc sử dụng hệ thống này là, như hai con l n lái bóng thì trực giao với nhau, kiểm soát có thể được đơn giản hóa để hai hệ thống con lắc ngược trong hai mặt phẳng độc lập. Tuy nhiên một mức độ trượt phải diễn ra giữa bóng và các con l n bóng khi được điều khiển bởi những con l n lái bóng trực giao, trong khi đó cùng tại một thời điểm mức độ ma sát là cần thiết giữa các con l n lái bóng và bóng , quả bóng và mặt đất. Do đó một ma sát cao và ma sát thấp giao tiếp giữa quả bóng và con l n là cần thiết cùng một lúc, đây có thể là vấn đề khó kh n để hoàn thành.
Cách tiếp cận với cơ chế lái bóng của nhóm ballbot T U hơi phức tạp hơn, và có thể được nhìn thấy trong hình 2.3.
Hìn 2.3 Cơ cấu bộ á bóng của ballbot TGU
Ba động cơ bước luân phiên cố định lệch nhau ở góc 120 ◦ được sử dụng vào việc lái bóng. Bánh xe omni được sử dụng để lái quả bóng. Những bánh xe đa hướng này được sản xuất để cho phép bóng l n tự do dọc theo trục của bánh xe, nhưng cung cấp lực truyền động theo hướng xoay bánh xe.Việc sử dụng động cơ bước trong hệ thống ballbot T U cho phép kiểm soát chính xác, và loại b sự cần thiết của một bộ cảm biến vị trí, điều đó thì cần thiết cho các động cơ DC servo được sử dụng trong hệ thống ballbot CMU. Hơn nữa, điều này cũng làm giảm sự phức tạp của mạch lái. Tuy nhiên, đi kèm với chi phí tính toán để điều khiển, thì nhiều hơn, phức tạp hơn cho hệ lái ba bánh. Nó cũng có điểm quan trọng cần lưu ý là các ballbot T U sẽ không phải chuyển tất cả n ng lượng từ động cơ của nó tới quả bóng, do bản chất không trực giao của hệ thống.
Lauwers et al. (2006) lưu ý rằng "hiệu ứng ma sát thì không cân đối" trên ballbot CMU do chỉ có con l n lái duy nhất trong mỗi bánh lái 'đẩy' hoặc 'kéo' bóng. Đây không phải là một vấn đề với TGU ballbot do bản chất hoàn toàn đối xứng của nó. Hơn nữa, yêu cầu ballbot CMU bóng di chuyển (xem hình 2.2) để hỗ trợ cho trọng lượng của robot còn có thêm một bánh cầu trên đỉnh của quả bóng. Điều này làm t ng ma sát vào bóng, và có thể gia t ng mài mòn của quả bóng. Điều này, một lần nữa, không phải là một vấn đề với cơ chế lái ballbot T U .
Thêm vào đó, các ballbot T U có khả n ng kiểm soát góc xoay (Yaw) hệ robot điều mà không thể đạt được trên các ballbot CMU nếu không có thêm các thiết bị truyền động. Một motor mở rộng đã được dự kiến sẽ được thêm vào các ballbot CMU để đạt được điều này (Lauwers et al, 2006.), nhưng tình trạng của bản nâng cấp này là không rõ ràng.
Ngoài hai ballbots CMU và ballbot T U đã được nghiên cứu xây dựng cơ chế lái bóng như trình bày ở trên. Wu và Hwang (2008) đề xuất một cơ cấu lái bóng với bốn bánh xe Omni (xem hình 2.4), được đặt tên là ‘kết hợp của bánh xe Omni và bánh cầu đơn vị’ (CWWU). Bốn bánh xe Omni lái bóng nhằm giảm các hiệu ứng ma sát không cân đối theo kinh nghiệm của các ballbot CMU. Nó cũng như ballbot CMU, tuy nhiên nó có khả n ng kiểm soát goc xoay (yaw) mà không cần thêm thiết bị truyền động bổ sung nào. Các CWWU cũng không yêu cầu di chuyển bóng như cơ chế bộ lái bóng ballbot CMU thực hiện.
.
Hìn 2.4 ột đ xuất cơ cấu á bóng v 4 bán xe mn của u v Hwang 2 8 C
2.1.2.2. Bóng
Các thuộc tính của quả bóng phụ thuộc rất lớn vào cơ chế bộ lái. Như đã đề cập trong phần 2.1.2.1, các ballbot CMU bị đòi h i một lực ma sát cao và bóng ma sát thấp cùng một lúc. Vấn đề này đã được giảm với ballbot T U, nhưng vẫn đặt ra
một vấn đề nh (như điểm liên quan cần thiết để cho quả bóng quay). Do tính chất mới của dự án, các quả bóng nói chung được chế tạo với một thử nghiệm.
Các quả bóng của ballbot CMU ban đầu được sử dụng một lớp v thép có đường kính 200 mm được phủ một urethan 3,2 mm bên lớp ngoài (Lauwers et al, 2006.). Một số công thức urethan với durometers khác nhau đã được xây dựng và thử nghiệm (Lauwers et al, 2006.). Nó đã được ghi nhận rằng quả bóng làm việc tốt”(Lauwers et al, 2006.) Nhưng bóng bị mòn, bóng này sau đó đã được thay thế bằng một lớp v nhôm nhẹ hơn đường kính 190.5mm và một lớp 12.7mm urethane. Lauwers et al. (2006) chú ý rằng không thể nhìn thấy mài mòn đã xảy ra trên quả bóng này, với lý do có thể cắt giảm mặt c ng trong lớp urethan. Có khả n ng là điều này sẽ làm t ng tính giảm xóc trong hệ thống, tuy nhiên không có hiện tượng gì ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ robot một bánh.
Các ballbot T U thì lại sử dụng một quả bóng bowling được phủ cao su để t ng độ bám ( umagai và Ochiai, 2008). Bóng rổ bước đầu cũng đã được thử nghiệm trong ballbot T U, và, mặc dù nó có thể duy trì cân bằng, nhưng nó không ổn định ( umagai và Ochiai, 2008). Những quả bóng bowling bọc cao su đã được sử dụng, nó nặng hơn và cứng hơn nên có hiệu quả tốt hơn. Các tính chất của bóng sử dụng trong hệ robot một bánh phụ thuộc rất lớn vào cơ chế lái và vì thế hai cấu trúc robot một bánh khác nhau sẽ có hai quả bóng rất khác nhau.