Các chân và khung robot được chế tạo bằng vật liệu nhôm, gia công bằng phương pháp phay CNC. Robot có kích thước 320x230x270 mm, nguyên lý hoạt động cơ cấu chân được thể hiện như hình 2.3.
Hình 4.1: Mô hình legged mobile robot bám theo đối tượng
Ta tiến hành tính công suất của động cơ truyền động cho legged robot di chuyển trong trường hợp nó chịu tải lớn nhất, tức là lúc Robot leo lên dốc có độ nghiêng lớn nhất .
Phân tích lực tác dụng lên cơ cấu di chuyển của Robot trong hình 4.2 như sau:
: Góc nghiêng của nền,
: Vận tốc di chuyển của Robot, P: Trọng lượng của robot P=m.g
: Lực cản do trọng lượng robot,
: Lực ma sát, , với f là hệ số ma sát phụ thuộc tính chất đường đi.
: Lực kéo của động cơ
Để robot có thể chuyển động thì:
Vì Robot dùng 2 động cơ để truyền cho 2 chân nên ta có công suất cần thiết của mỗi động cơ:
⁄
⁄
Moment khởi động cần thiết của động cơ: ⁄ ⁄ Theo các tính năng kỹ thuật ban đầu của Robot, ta có:
Khối lượng của Robot:
Góc nghiêng tối đa của địa hình:
Vận tốc tối đa của Robot:
Lấy hệ số ma sát của cơ cấu chân với mặt nền:
Bán kính tay quay:
Từ phương trình công suất ta được:
⁄ Khi tải thêm acquy 12V-7.5Ah (4kg/bình)
⁄
Từ đó ta chọn động cơ có công suất phải lớn hơn 9,7 W là phù hợp.
Tsukasa công suất 10W – 24 VDC, tốc độ 280 vòng / phút.
Tốc độ di chuyển tối đa của robot là 0.1m/s, ta cần có số vòng quay bánh đai là:
⁄ Tỉ số truyền của bộ truyền đai:
4.1.2. Mô hình mạch điện và điều khiển
Vi điều khiển trung tâm Arduino mega 2560 R3 [29] được sử dụng chip ATmega2560 cho tốc độ cao, số chân kết nối ngoại vi nhiều. Board có cấu trúc chân tương thích với các board Uno và chạy điện áp 5Vdc. Có 54 đầu vào/ đầu ra, trong đó 15 đầu ra pwm, 16 đầu vào analog, 4 uarts ( cổng nối tiếp phần cứng ), một thạch anh dùng để tạo xung clock 16 Mhz dao động tinh thể, kết nối usb, một jack cắm điện 7 – 12 Vdc, một đầu Icsp , và một nút reset. Chứa tất cả mọi thứ cần thiết để hỗ trợ các vi điều khiển, chỉ cần kết nối với máy tính bằng cáp usb hoặc sử dụng với một bộ chuyển đổi AC - DC hay pin. Arduino Mega tương thích với hầu hết các shield được thiết kế cho
flash để lưu trữ mã (trong đó có 8 kb được sử dụng cho bộ nạp khởi động), 8 kb sram và 4 kb của eeprom. Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng dễ dàng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cáchnhanh chóng. Và điều làm nên hiện tượng arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm.
Hình 4.2: Vi điều khiển Arduino Mega 2560
Mạch điều khiển động cơ Lmd 18200: driver này được sử dụng để điều khiển động cơ có sẵn mạch cầu H bên trong, có thể chịu được dòng điện đến 3A, hoạt động ở mức điện áp lên tới 55V. Để điều khiển tốc độ động cơ ta cấp cho driver Lmd 18200 xung pwm vào chân pwm. Động cơ đảo chiều bằng cách ghi hoặc xóa điện áp 5V ở chân direction. Muốn động cơ dừng ta xóa tín hiệu ở chân brake.
Cảm biến camera cmucam dùng để xác định khoảng cách và góc lệch để legged mobile robot hoạt động. Camera được gá trên một đế pan-tilt (hình 4.3) hai bậc tự do điều khiển bởi motor servo giúp cam dễ dàng bám theo đối tượng và giữ đối tượng luôn nằm chính giữa khung ảnh.
Hình 4.3: Pixy cmucam5 và pan-tilt
Hình 4.4: Sơ đồ điều khiển driver Lmd18200
Driver có thành phần cách li là sáu opto Pc817 cách ly mạch điều khiển và module công suất nhằm tránh sự quá áp hay dòng điện là hư vi điều khiển.
Mỗi bên driver có ba cổng logic để nắn tín hiệu ngõ vào pwm.