Trung bình trọng số -29.5 -30.2 -30.8 -33.28 -27 -26 -21.2 -20.14 -10.6
-10.42 -7.17 -5.9 -0.11 0.1 5.2 9.8 10.5 18.4 19.4 20.27 21.1 32.45 31.1
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
5.1 Yêu cầu điều khiển
Thiết kế bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu sau:
Bám line tốt, trọng tâm xe lệch tâm đường line < 10 mm
Thời gian hoàn thành đường line < 15 s
Vận tốc xe đoạn chạy thẳng đạt tốc độ tối đa vmax = 1 m/s
5.2 Tín hiệu input dùng để điều khiển
Cảm biến hồng ngoại trả về giá trị analog 1024 mức. Tìm hàm truyền cảm biến để tìm mối quan hệ giữa giá trị analog với khoảng cách giữa tâm cảm biến và tâm đường line.
Theo kết quả hàm truyền cảm biến tìm được ở mục 4.3 ta được: y = 1.5135x + 5.5558 Với: y là khoảng cách giữa tâm cảm biến và tâm đường line.
x là giá trị trung bình trọng số của 7 cảm biến.
5.3 Giải thuật điều khiển
Giải thuật điều khiển của robot dị line gồm ba nội dung chính ứng với ba chương trình con:
Hiệu chuẩn giá trị cảm biến
Đọc giao lộ
Bám line
Chương trình con hiệu chuẩn giá trị cảm biến:
Hình 5.2 Chương trình con hiệu chuẩn giá trị cảm biến
Chương trình con đọc giao lộ:
Hình 5.3 Chương trình con đọc giao lộChương trình con bám line: Chương trình con bám line:
5.4 Bộ điều khiển
Sau khi mơ hình hóa hệ thống xe robot dị line, nhóm chọn và thiết kế bộ điều khiển PD vì tính đơn giản và hiệu quả của bộ điều khiển này.
Tín hiệu PWM cấp cho động cơ là PWMbase =190/255 = 75.5 %
u = Kperror + Ki∫ + Kd(error – last error)
Trong đó error là sai lệch khoảng cách giữa tâm cảm biến và tâm đường line.
Nếu u < 0 thì xe rẽ trái PWM trái = PWMbase - |u| PWM phải = PWMbase + |u|
Nếu u >0 thì xe rẽ phải PWM trái = PWMbase + |u| PWM phải = PWMbase - |u|
Nếu u =0 thì xe đi thẳng PWM trái = PWMbase
PWM phải = PWMbase
5.5 Kết quả mô phỏng
Sau khi đã thiết kế bộ khiển PD như đã trình bày bên trên, tiến hành lập trình trong phần mềm Matlab và chạy mơ phỏng. Kết quả mơ phỏng xe dị line được thể hiện như các hình dưới đây:
Hình 5.5 Quỹ đạo xe mô phỏng
Dựa vào đồ thị quỹ đạo trên, xe dị line đã hồn thành hết đường đua với thời gian nhỏ hơn thời gian quy định. Do quỹ đạo vẽ dựa vào tọa độ của điểm nằm giữa hai bánh xe nên khi xe dừng ở đich đến (cảm biến dò line nhận giao lộ thứ 6), tồn tại một khoảng cách giữa đích và điểm đó.
Từ đồ thị trên, ta có thể nhận thấy được đáp ứng nhanh chóng của hai bánh xe khi xe tiến đến những khúc cua quẹo gấp, đặc biệt là ở điểm A khi xe phải cua gấp một góc 900. Đồ thị vận tốc góc tồn tại những dao động lớn, nhỏ do thuật tốn bám line.
Hình 5.7 Đồ thị vận tốc dài của xe
Nhận xét: Vận tốc dài tối đa của xe lên đến > 1.2 m/s, thỏa mãn yêu cầu đặt ra ban đầu. Vận tốc dài ở đoạn đường thẳng (A-C-E) tăng lên mức tối đa để xe nhanh chóng kết thúc đường đua, tối ưu hóa thời gian hồn thành.
CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN
6.1 Thực nghiệm
Quỹ đạo của robot trong thực nghiệm có hình dạng tương đồng với hình dạng sa bàn chứng tỏ giải thuật đề ra ban đầu là hợp lý. Tuy nhiên có những đoạn robot khơng bám chính xác line do bề mặt sàn có những đoạn nhấp nhơ cao làm sai lệch giá trị đọc về của cảm biến.
Hình 6.1 Quỹ đạo robot dị line trên thực nghiệm
Đồ thị vận tốc dài robot trong thực nghiệm xuất hiện những nhấp nhơ do trong thực tế robot dị line bị ảnh hưởng bởi nhiễu (ánh sáng thay đổi đột ngột, bề mặt line phản xạ khác nhau, ma sát giữa bánh và bề mặt,…). Vận tốc dài tối đa xe có thể đạt được thỏa yêu cầu đã đặt ra (vmax = 1.2 m/s).
Hình 6.2 Vận tốc dài của robot thực nghiệmVận tốc góc hai bánh trên thực nghiệm so với mơ phỏng: Vận tốc góc hai bánh trên thực nghiệm so với mơ phỏng:
Hình 6.3 Tốc độ 2 bánh của xe thực nghiệm
Nhận xét: Vận tốc góc hai bánh xe cũng như vận tốc dài dao động liên do nguyên nhân là trong thực tế xe luôn lắc để bám line và nhiễu từ môi trường (bề mặt sa bàn nhấp nhô, …) cũng như nhiễu tín hiệu encoder trả về.
6.2 Phương hướng phát triển:
- Phát triển thuật toán tự hiểu chỉnh cảm biến khi thay đổi điều kiện hoạt động (bề mặt/ chất liệu sa bàn, ánh sáng ngoài trời,…).
- Thiết kế mạch đo dung lượng pin còn lại để báo hết pin tự động nhằm tránh sử dụng cạn pin. Ngoài ra, kết hợp với thuật toán điều chỉnh đáp ứng của robot ổn định ứng với dung lượng pin.
- Điều khiển vận tốc trên từng đoạn đường khác nhau để tối ưu thời gian hoàn thành.
Tài liệu tham khảo
[1] Juing-Huei Su, C.-S. L.-H.-H.-Y. (2010). An intelligent line-following robot project for introductory robot courses. World Transactions on Engineering and
Technology Education.
[2] Mustafa Engin, D. E. (2012). PATH PLANNING OF LINE FOLLOWER ROBOT.
The 5th European DSP Education and Research Conference.
[3] Trần Q.Cường, Trần T.Phong (2012), Điều khiển robot dò đường sử dụng bộ điều khiển PID kết hợp phương pháp PWM, Bulletin of Science & Technology, Tien Giang
University, No.3, ISSN 1859-4530, Nov. 2012
[4] Ebiesuwa O. O, Adekunle Y. A, Akinyemi L. A, Oyerinde O. D. Line Follower Robot Using A Sophisticated Sensor Approach
[5] GADHVI SONAL, PUNIT RANINGA, HARDIK PATEL. (2017).Design and implementation of RGB color line following robot. International Conference on
Computing Methodologies and Communication.
[6] https://www.youtube.com/watch?v=POCpNmGhXfM
[7] Deepak Punetha, Neeraj Kumar, Vartika Mehta. Development and Applications of Line Following Robot Based Health Care Management System
[8] https://www.instructables.com/id/Robot-Line-Follower
[9] Pololu Corporation, Pololu AVR Library Command Reference, 2001–2015 https://www.pololu.com/docs/0J18 [10] brooksbots.com/Expressway.html [11] https://www.pololu.com/category/76/3pi-robot-and-accessories [12] http://brooksbots.com/FireBall.html [13] https://ktmt.uit.edu.vn/tin-tuc/tin-noi-bat/899-t-ng-k-t-cu-c-thi-it-car-racing-l-n-th- vi-nam-2017 58