Header Page of 126 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT DÒ LINE (LINE FOLLOWING ROBOT) GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh Sinh viên thực hiện: Phan Hữu Thanh Tú 21304661 Lê Tấn Sang 21303338 Huỳnh Văn Ngọc Sơn 21303402 Nguyễn Trọng Trân 21304292 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 Footer Page of 126 Header Page of ĐỒ ÁN126 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh MỤC LỤC Nội dung Trang MỤC LỤC ii DANH SÁCH HÌNH ẢNH iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vi MỤC TIÊU THIẾT KẾ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Sơ đồ nguyên lý 1.2 Cảm biến 1.3 Động Cơ 1.4 Cấu trúc điều khiển 1.5 Giải thuật điều khiển CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Đề xuất sơ đồ nguyên lý 2.2 Đề xuất cảm biến 2.3 Đề xuất cấu trúc điều khiển 10 2.4 Đề xuất giải thuật điều khiển 10 2.5 Phương án thiết kế 11 CHƯƠNG 3: CƠ KHÍ 12 3.1 Lựa chọn bánh xe 12 3.1.1 Lựa chọn bánh chủ động 12 3.1.2 Lựa chọn bánh bị động 12 3.2 Tính toán lựa chọn động 12 3.3 Kích thước thân xe 14 3.3.1 Chiều cao trọng tâm xe 14 3.3.2 Các kích thước sở xe 15 3.4 Hình ảnh mô hình 3D xe 17 3.5 Tính toán dung sai độ đồng trục hai động 17 3.5.1 Tính chuỗi kích thước 17 3.5.2 Sơ đồ phương pháp kiểm tra độ đồng trục động 21 3.6 Bản vẽ robot xe dò line 22 CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH HÓA 23 4.1 Mô hình động học 23 4.2 Cách xác định vị trí robot 24 Footer Page of 126 ii Header Page of ĐỒ ÁN126 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh 4.3 Bộ điều khiển tracking, tìm khoảng cách d 25 4.4 Mô sa bàn 26 CHƯƠNG 5: CẢM BIẾN VÀ LẬP TRÌNH 33 5.1 Thiết kế cảm biến 33 5.1.1 Chọn cảm biến 33 5.1.2 Tính toán giá trị điện trờ 33 5.2 Lựa chọn vi điều khiển 34 5.3 Cách trí cảm biến 35 5.4 Chọn khoảng cách hợp lý cảm biến với sàn 36 5.5 Kiểm tra khoảng cách thực tế 37 5.6 Tính toán khoảng cách led 37 5.7 Tính toán số lượng cảm biến 39 5.8 Ca-líp cảm biến 39 5.9 Xác định vị trí tâm đường line 40 5.10 Mô hình thí nghiệm 41 5.11 Giải thuật điều khiển xe 42 5.11.1 Sơ đồ khối điều khiển 42 5.11.2 Giải thuật điều khiển 42 5.12 Lập trình chương trình 47 CHƯƠNG 6: ĐIỆN – MẠCH ĐIỆN 62 6.1 Sơ đồ khối hệ thống điện 62 6.2 Nguồn điện 62 6.3 Mạch nguồn 63 6.4 Mạch driver động 64 6.5 Thiết kế board mạch tổng kết nối thiết bị 67 6.6 Thiết kế mạch cảm biến 67 6.7 Giải thuật PID để nâng cao đáp ứng driver motor 68 6.8 Kết thực phần điện cho xe dò line 71 CHƯƠNG 7: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 Footer Page of 126 iii Header Page of ĐỒ ÁN126 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình Trang Hình 0.1 Sa bàn di chuyển robot Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý RC cars sử dụng trục truyền động Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý RC racing cars sử dụng trục truyền động Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý hai cặp chủ động vi sai loại bánh Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hai cặp chủ động vi sai loại bánh Hình 1.5 Nguyên lý cảm biến quang Hình 1.6 Vùng giao thoa cực phát cực thu Hình 1.7 Giải thuật xử lí tín hiệu phương pháp so sánh Hình 1.8 Giải thuật xử lý tín hiệu cảm biến phương pháp xấp xỉ Hình 1.9 Cấu trúc điều khiển thường dùng Hình 2.1 Phương án sơ đồ nguyên lý Hình 2.2 Phương án cấu trúc điều khiển 10 Hình 3.1 Bánh dẫn động 12 Hình 3.2 Mô hình toán bánh xe 12 Hình 3.3 Mô hình toán xe chuyển hướng 14 Hình 3.4 Sơ đồ tính khoảng cách hai tâm bánh xe dẫn động 15 Hình 3.5 Sơ đồ phân bố linh kiện cho xe 16 Hình 3.6 Mô hình 3D robot xe dò line 17 Hình 3.7 Sai lệch tâm trục động 17 Hình 3.8 Các khâu hình thành chuỗi kích thước 18 Hình 3.9 Các khâu hình thành chuỗi kích thước 20 Hình 3.10 Sơ đồ kiểm tra độ đồng trục động 21 Hình 4.1 Mô hình động học mobile platform 23 Hình 4.2 Mô hình động học sử dụng cho robot dò line 24 Hình 4.3 Cách xác định e3 25 Hình 4.4 Quan hệ khoảng cách d sai số lớn 26 Hình 4.5 Mô chuyển động robot đoạn ABC 27 Hình 4.6 Mô chuyển động robot đoạn CDE 28 Hình 4.7 Mô chuyển động robot đoạn EFC 29 Hình 4.8 Mô chuyển động robot đoạn CGA 30 Hình 4.9 Mô chuyển động robot đoạn GAE 31 Hình 4.10 Mô chuyển động robot sa bàn 32 Hình 5.1 Sơ đồ nguyên lý cặp LED mạch cảm biến 33 Hình 5.2 Đồ thị thể dòng áp qua LED 34 Footer Page of 126 iv Header Page of ĐỒ ÁN126 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh Hình 5.3 Kit Tiva C chip Tm4c123gh6pm 34 Hình 5.4 Ảnh hưởng cách đặt cảm biến đến switching distance Xd 36 Hình 5.5 Vùng hoạt động cảm biến 36 Hình 5.6 Tính toán giá trị h 36 Hình 5.7 Test độ cao đáp ứng LED 37 Hình 5.8 Phạm vi quét led thu led phát cảm biến đặt liền kề 38 Hình 5.9 Vùng bất định cảm biến 38 Hình 5.10 sơ đồ bố trí sử dụng cảm biến 39 Hình 5.11 Sơ đồ bố trí sử dụng cảm biến 39 Hình 5.12 Giải thuật xấp xỉ bậc 40 Hình 5.13 Giải thuật xấp xỉ bậc 41 Hình 5.14 Đồ thị quan hệ giá trị tính toán giá trị thực tâm đường line 41 Hình 5.15 Sơ đồ cấu trúc tập trung 42 Hình 5.16 Sơ đồ giải thuật điểu khiển xe 46 Hình 6.1 Sơ đồ khối hệ thống điện 62 Hình 6.2 Module LM2596 63 Hình 6.3 Mạch in lắp nguồn 64 Hình 6.4 Mạch driver TB6612 64 Hình 6.5 Đồ thị PWM vận tốc motor (không tải) 65 Hình 6.6 Đồ thị đáp ứng với PWM = 40% 66 Hình 6.7 Đồ thị đáp ứng với PWM = 70% 66 Hình 6.8 Sơ đồ nguyên lý sơ đồ mạch in board tổng 67 Hình 6.9 Mô hình hóa 3D board tổng 67 Hình 6.10 Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến 67 Hình 6.11 Bảng vẽ mạch in mạch cảm biến 68 Hình 6.12 Mô hình hóa 3D mạch cảm biến 68 Hình 6.13 Đồ thị PWM vận tốc motor (có tải) 68 Hình 6.14 Mô hình tuyến tính động trái 69 Hình 6.15 Mô hình tuyến tính động phải 69 Hình 6.16 Đồ thị đáp động trái PWM = 55% (có tải) 69 Hình 6.17 Đồ thị đường cong đáp hệ bậc 70 Hình 6.18 PID Tuner Matlab 70 Hình 6.19 Bản vẽ sơ đồ điện 71 Hình 7.1 Mô hình thực tế xe dò line 72 Hình 7.2 Kết chạy sa bàn trích từ video 72 Footer Page of 126 v Header Page of ĐỒ ÁN126 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Trang Bảng 3.1 Các thông số đầu vào xe 13 Bảng 3.2 Các thông số yêu cầu động 14 Bảng 3.3 Các thiết bị xe 17 Bảng 4.1 Thông số đầu vào mô 25 Bảng 5.1 Bảng trạng thái số xung cần 45 Bảng 6.1 Công suất điện cần cung cấp cho thiết bị 62 Bảng 6.3 Các ngõ ra/vào module TB6612 64 Footer Page of 126 vi Header Page of ĐỒ ÁN126 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh MỤC TIÊU THIẾT KẾ Thiết kế chế tạo xe dò line di chuyển tốc độ cao sa bàn có đặc điểm : - Màu sắc đường line: đen - Màu nền: trắng - Bề rộng đường line: 26mm - Bề mặt địa hình di chuyển: phẳng - Sa bàn thể Hình 0.1 - Mỗi robot mang người vật nặng hình hộp chữ nhật có trọng lượng Kg F B R500 END E C A START R500 D G 1500 3000 Hình 0.1 Sa bàn di chuyển robot - Khi bắt đầu, robot đặt vị trí START (điểm A), sau robot chạy theo thứ tự qua điểm nút quy định : (START) A → B → C → D → E → F → C → G → A → C → E (END) Footer Page of 126 Trang Header Page of ĐỒ ÁN126 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Robot dò line trường hợp đặc biệt mobile robot, robot nhận biết vị trí tương đối robot bám theo đường line (line từ, line màu) có Hiện robot dò line ứng dụng rộng rãi trình chế tạo công nghiệp, mang vác vật đến địa điểm đặc biệt,… Để thiết kế vận hành robot dò line, tất yếu tố kỹ thuật cấu thành robot cần quan tâm: sơ đồ nguyên lý, loại cảm biến, động cơ, cấu trúc điều khiển giải thuật điều khiển sử dụng 1.1 Sơ đồ nguyên lý Rất nhiều sơ đồ nguyên lý ứng dụng cho việc chế tạo robot dò line Để đạt tốc độ khả bám đường, sơ đồ nguyên lý loại xe đua điều khiển từ xa (RC racing cars) sử dụng Có hai loại sơ đồ nguyên lý chung cho loại xe đua chuyên chạy mặt đường phẳng: - Loại 1(Hình 1.1) sử dụng trục truyền động cho trục trước sau xe (Khung xe hãng Awesomatrix, TAMIYA TT01, Overdose Divall…) - Loại 2(Hình 1.2) sử dụng đai truyền động cho trục trước sau xe (Khung xe hãng Sakura D3 CS, Serpent VETEQ 02, TA04 EPRO…) a) Khung xe hãng Overdose Divall b) Sơ đồ nguyên lý sử dụng trục truyền động Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý RC cars sử dụng trục truyền động Footer Page of 126 Trang Header Page of ĐỒ ÁN126 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh X X X a) Khung xe hãng TA04 EPRO b) Sơ đồ nguyên lý sử dụng đai truyền động Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý RC racing cars sử dụng trục truyền động Những sơ đồ nguyên lý có chung ưu điểm nhược điểm sau: Ưu điểm: Hạn chế tượng trượt bánh xe thực đổi hướng Nhược điểm: - Thiết kế khí phức tạp bán kính cong nhỏ xe bị giới hạn kết cấu xe - Giá thành cao nhu cầu sinh viên - Thích hợp cho việc đua mặt đường phẳng Bên cạnh sơ đồ nguyên lý mà xe RC car sử dụng, nhiều xe đua dò line đội HBFS (Robot RobotChallenge) Sylvestre (COSMOBOT 2012), Flash Robot RobotChallenge 2016), Johnny-5 (IGVC),Thunderbolt (Robot Challenge 2014)… sử dụng hai bánh chủ động điều khiển độc lập kết hợp với bánh đa hướng (Hình 1.3) Ưu – nhược điểm chung sơ đồ nguyên lý này: Ưu điểm: Bám đường tốt tiếp xúc điểm mặt đường, mô hình động học đơn giản, dễ hiệu chỉnh sai số hệ thống cho phép xe di chuyển theo bán kính nhỏ, kể việc quay chỗ.Giá thành chế tạo phù hợp với sinh viên Nhược điểm: Dễ bị trượt theo phương pháp tuyến thực việc bám theo đoạn đường bán kính nhỏ tốc độ cao Footer Page of 126 Trang Header Page 10ÁN of 126 ĐỒ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ (a) Mẫu xe đội Sylvestre GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh (b) Sơ đồ nguyên lý loại bánh Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý hai cặp chủ động vi sai loại bánh a) Mẫu xe đội CartisX04 (b) Sơ đồ nguyên lý loại bánh Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hai cặp chủ động vi sai loại bánh Ngoài ra, dạng khác sơ đồ nguyên lý xe đua CartisX04 (All Japan Micromouse 2015), Mouse (RobotChallenge 2014)… sử dụng (Hình 1.4) Ở sơ đồ này, bánh xe vi sai chủ động thay cặp bánh Điều tạo ưu – nhược điểm chung sơ đồ nguyên lý này: Ưu điểm: Dễ cân bằng, ưu chạy đường phẳng Nhược điểm: Kết cấu khí phức tạp hơn, xuất hiện tượng trượt bánh xe đổi hướng Footer Page 10 of 126 Trang Header Page 67ÁN of 126 ĐỒ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh if (giaolo == 0) { v = vr*cos(e3); w = k2*vr*e2/1000 + wr + k3*sin(e3); velocity1 = 0.5*(2*v - w*l)*293.8; velocity2 = 0.5*(2*v + w*l)*293.8; } else if (giaolo == 1) { velocity1 = 350; velocity2 = 350; } else if (giaolo == 2) { velocity1 = 50; velocity2 = 350; } else if (giaolo == 3) { velocity1 = 0; velocity2 = 0; } } duty1_1 = PIDtrai(velocity1,velocitytrai); duty2_1 = PIDphai(velocity2,velocityphai); PWMPulseWidthSet(PWM0_BASE, PWM_OUT_0,duty1_1*period/100 PWMPulseWidthSet(PWM0_BASE, PWM_OUT_2,duty2_1*period/100); } } Footer Page 67 of 126 Trang 61 Header Page 68ÁN of 126 ĐỒ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh CHƯƠNG 6: ĐIỆN – MẠCH ĐIỆN 6.1 Sơ đồ khối hệ thống điện NGUỒN ĐIỆN ỔN ÁP 5V Mạch nguồn OPTICAL ENCODER VI ĐIỀU KHIỂN ỔN ÁP 12V Righ Motor Driver Motor CẢM BIẾN OPTICAL ENCODER Left Motor Hình 6.1 Sơ đồ khối hệ thống điện 6.2 Nguồn điện Bảng 6.1 Công suất điện cần cung cấp cho thiết bị Thiết bị Số lượng Động Cảm biến Driver Tiva C LaunchPad 1 Dòng Điện áp Tổng cộng 12V 1200 mA – 12V 5V 40 mA – 5V 5V 2,2 mA – 5V 5V 100 mA – 5V Tổng cộng 1200 mA – 12V 142,2 mA – 5V Vậy nguồn điện cung cấp cần có công suất tối thiểu: 600 mA 40 mA 2,2 mA 100 mA 𝑃 = 0,6.12 + 0,1422.5 = 15,11𝑊 Footer Page 68 of 126 Trang 62 Header Page 69ÁN of 126 ĐỒ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh Chọn pin sạc 18650 Panasonic 3,7V (sạc đầy 4,2V), dung lượng 3700mAh – Imax 5A , sử dụng khay lắp nối tiếp pin để điện cấp cho mạch nguồn 14,8V Khi công suất nguồn tối đa đạt 74W, đủ cho hệ thống Dòng xả 5A đủ cho động khởi động 6.3 Mạch nguồn Mạch nguồn có vai trò cung cấp nguồn điện ổn định 12V 5V cho hệ thống, đảm bảo đủ dòng theo yêu cầu từ bảng 6.1 Mạch ổn áp có chức tạo điện áp nhỏ điện áp đầu vào trì mức áp áp đầu vào tăng/giảm Nhóm sử dụng module mạch giảm áp DC LM2596 có sẵn thị trường dùng để biến đổi điện áp từ nguồn cấp thành 12V 5V ổn định Áp điều chỉnh biến trở Thông số kỹ thuật: - Điện áp đầu vào: – 40V DC - Điện áp đầu ra: điềuu chỉnh khoảng 1,5 – 35V DC - Dòng đáp ứng tối đa: 3A - Hiêu suất: 92% - Công suất: 15W Hình 6.2 Module LM2596 Bảng 6.2: Thông số mức ổn áp LM2596 [31] Mức ổn áp Điên áp ngõ vào Điện áp ngõ Hiệu suất 5V – 40V 4,8 – 5,2V 80% 12V 15 – 40V 11,52 – 12,48V 90% Footer Page 69 of 126 Trang 63 Header Page 70ÁN of 126 ĐỒ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh Thiết kế mạch PCB để lắp ráp mạch giảm áp LM2596 theo dạng tầng Hình 6.3 Mạch in lắp nguồn 6.4 Mạch driver động Nhóm lựa chọn mạch driver module TB6612 cho DC servo motor, với yêu cầu kỹ thuật đảm bảo cho hệ thống Thông số kỹ thuật: - Điện áp nuôi mức logic: 2,7 – 5,5VDC - Điện áp cấp cho motor tối đa 15VDC - mạch cầu H cho động - 1,2A cho cầu H - Bảo vệ nhiệt, áp, chống dòng ngược Hình 6.4 Mạch driver TB6612 Bảng 6.2 Các ngõ ra/vào module TB6612 Chân GND, VCC VM PWMA, PWM2 AIN1, BIN1 AIN2, BIN2 STB Chức Cấp nguồn nuôi Điện áp cấp cho motor Cấp xung PWM điều khiển động Chiều quay Chiều quay Bật/tắt module Tiến hành khảo sát không tải driver TB6612 động GA25 mà nhóm sử dụng, điều khiển đo vận tốc board ARM (STM32F4 Discovery) Footer Page 70 of 126 Trang 64 Header Page 71ÁN of 126 ĐỒ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh Hình 6.5 Đồ thị PWM vận tốc motor (không tải) Đồ thị (Hình 6.5) cho thấy hệ driver động có độ tuyến tính cao, sử dụng luật điều khiển vòng hở để điều khiển vận tốc Đáp ứng vận tốc động theo PWM cấp cho driver sai lệch nhiều (± 0,1 vòng/phút), việc mô hình hóa điều khiển động hoàn toàn tương tự Đo thời gian đáp ứng vận tốc theo thời gian (Hình 6.6 Hình 6.7) Khi tải, vận tốc động ổn định (± vòng/phút) đáp ứng động gần Footer Page 71 of 126 Trang 65 Header Page 72ÁN of 126 ĐỒ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh Hình 6.6 Đồ thị đáp ứng với PWM = 40% Hình 6.7 Đồ thị đáp ứng với PWM = 70% Footer Page 72 of 126 Trang 66 Header Page 73ÁN of 126 ĐỒ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh Nhận xét: Hệ thống driver TB6612 motor có độ tuyến tính cao, thuận lợi cho việc điều khiển vận tốc, thời gian đáp ứng không tải nhanh khoảng 0,1 giây 6.5 Thiết kế board mạch tổng kết nối thiết bị Việc thiết kế board nhằm mục đích lắp ráp kit vi điều khiển với board driver motor, đồng thời đặt ngõ vào phù hợp với kết cấu xe Hình 6.8 Sơ đồ nguyên lý sơ đồ mạch in board tổng Hình 6.9 Mô hình hóa 3D board tổng 6.6 Thiết kế mạch cảm biến Hình 6.10 Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến Footer Page 73 of 126 Trang 67 Header Page 74ÁN of 126 ĐỒ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh Hình 6.11 Bảng vẽ mạch in mạch cảm biến Hình 6.12 Mô hình hóa 3D mạch cảm biến 6.7 Giải thuật PID để nâng cao đáp ứng driver motor Khi có tải, đáp ứng vận tốc động vào khoảng gần 1s, điều không đảm bảo thời gian đáp ứng hệ thống 0,1s Do cần phải có PID điều khiển vận tốc động cơ, vận tốc điều khiển nhỏ 2/3 vận tốc max động (khoảng 70% PWM) Tiến hành khảo sát đáp ứng driver có tải tuyến tính hóa công cụ Curve Fitting Tool Matlab Hình 6.13 Đồ thị PWM vận tốc motor (có tải) Footer Page 74 of 126 Trang 68 Header Page 75ÁN of 126 ĐỒ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh Hình 6.14 Mô hình tuyến tính động trái Hình 6.15 Mô hình tuyến tính động phải Tiến hành khảo sát đáp ứng đầy đủ tải Hình 6.16 Đồ thị đáp động trái PWM = 55% (có tải) Footer Page 75 of 126 Trang 69 Header Page 76ÁN of 126 ĐỒ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Hệ thống có dạng bậc 𝐺 (𝑠) = GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh 𝐾 𝜏𝑠+1 Hình 6.17 Đồ thị đường cong đáp hệ bậc Xét với đồ thị hàm truyền PWM = 55%, Hàm truyền động có dạng: 𝐺 (𝑠) = 142 0,23𝑠 + Sử dụng PID Tuner Matlab để tìm PID giảm ts < 0,1s Hình 6.18 PID Tuner Matlab Ta tìm KP = 0.16, KI = 4,7, KD = 0.0001334 Footer Page 76 of 126 Trang 70 Header Page 77ÁN of 126 ĐỒ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh 6.8 Kết thực phần điện cho xe dò line Bản vẽ sơ đồ điện (Bản vẽ A3 đính kèm) Hình 6.19 Bản vẽ sơ đồ điện Footer Page 77 of 126 Trang 71 Header Page 78ÁN of 126 ĐỒ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh CHƯƠNG 7: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ Chương đánh giá kết thực nghiệm mô hình so với mô đưa kết luận Hình ảnh xe thực tế: Hình 7.1 Mô hình thực tế xe dò line Hình 7.2 Kết chạy sa bàn trích từ video Kết thực tế của xe đường 0.71 m/s đáp ứng 71% yêu cầu đề đặt m/s Thời gian thực hết vòng chạy 15s Xe mô chạy thực tế thể dạng bám line giống nhau: đoạn đường thẳng (B→D, F→G,A→E), xe thể dao động hai bên đường line; đoạn đường cong (A→B, D→F, G→A), xe nằm bên so với đường line Trong sai số mô đạt yêu cầu đề sai số (trên đường thẳng cong: emax = ±15mm đoạn đổi hướng: emax = 21,14 mm, thể Hình 4.5b, Hình 4.6b, Hình 4.7b, Hình 4.8b, Hình 4.9b Sai số thực tế xe lại không Footer Page 78 of 126 Trang 72 Header Page 79ÁN of 126 ĐỒ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh thỏa yêu cầu đề sai số đoạn thẳng cong Các lý dẫn đến việc tăng sai số bao gồm: - Sai số lắp đặt ảnh hưởng đến độ đồng trục hai động - Sai số tốc độ hai động - Ảnh hướng hệ số ma sát bánh mắt trâu - Quán tính xe trình quẹo cua - Sai số hệ thống cảm biến cảm biến khác biệt môi trường thí nghiệm thực nghiệm - Sai số hệ thống cảm biến chiều cao gá đặt độ song song với mặt phẳng xe Để khắc phục sai số này, giải pháp đề bao gồm: - Khung xe đồ gá chế tạo nhôm, thay cho mica mô hình thực nghiệm, để kiểm soát sai số trình gia công lắp đặt - Thực thí nghiệm nhằm đánh giá sai số vận tốc động để đưa vào mô - Thực nghiệm thí nghiệm để đánh giá ảnh hưởng môi trường thực nghiệm lên giá trị đọc hệ thống cảm biến để thực biện pháp xử lý phù hợp Footer Page 79 of 126 Trang 73 Header Page 80ÁN of 126 ĐỒ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] DAIFUKU, SMARTCART, Automatic Guided Cart Installed Systems Richard T Vannoy II, M.S.I.T., B.S.E.E.T Designing and Building a Line Following Robot Andrew Reed Bacha, Line Detection and Lane Following for an Autonomous Mobile Robot, MS diss., Virginia Polytechnic Institute and State University, 2005 Ramiro Velázquez et al., A Review of Models and Structures for Wheeled Mobile Robots: Four Case Studies, The 15th International Conference on Advanced Robotics, Estonia, June 20-23, 2011 G H Lee et al., Line Tracking Control of a Two-Wheeled Mobile Robot Using Visual Feedback,International Journal of Advanced Robotic Systems, DOI: 10.5772/53729, received Apr 2012; Accepted 24 Sep 2012 Huu Danh Lam et al., Smooth tracking controller for AGV through junction using CMU camera,Hội nghị Toàn quốc lần thứ Cơ điện tử - VCM-2014 A H Ismail et al.,Vision-based System for Line Following Mobile Robot,IEEE Symposium on Industrial Electronics and Applications (ISIEA 2009), October 46, 2009, Kuala Lumpur, Malaysia Mustafa Engin, Dilúad Engin, Path Planing of Line Follower Robot,Proceedings of the 5th European DSP Education and Research Conference, 2012 F Kaiser et.al., Line Follower Robot: Fabrication and accuracy measurement by data acquisition,International Conference on Electrical Engineering and Information & Communication Technology (ICEEICT) 2014 Hsin-Hsiung Huang et al., Hands-on intelligent mobile robot laboratory with support from the industry, IEEE EDUCON Education Engineering 2010 – The future of Global Learing Engineering Education Deepak Punetha, et al Development and Applications of Line Following Robot Based Health Care Management System International Journal of Advanced Research in Computer Engineering & Technology (IJARCET) Volume 2, Issue 8, pp.2446-2449, August 2013 Umar Farooq et al., Fuzzy Logic Reasoning System for Line Following Robot, IACSIT International Journal of Engineering and Technology, Vol 6, No 4, August 2014 Subhash P Rasal Development of Intelligent Line Follower’s Robot International Journal of Emerging Trends in Electrical and Electronics (IJETEE – ISSN: 23209569) Vol 7, Issue 2, pp.15-16, Sep-2013 Juing-Huei Suet al., An intelligent line-following robot project for introductory robot courses,World Transactions on Engineering and Technology Education, Vol.8, No.4, 2010 M Zafri Baharuddin et al., Analysis of Line Sensor Configuration for the Advanced Line Follower Robot, Universiti Tenaga Nasional, Malaysia Footer Page 80 of 126 Trang 74 Header Page 81ÁN of 126 ĐỒ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh [15] Richard Wallace et al., First Results in Robot Road – Following, Robotics Institute, Carnegie – Mellon University [16] Dirman Hanafi et al., Wall Follower Autonomous Robot Development Applying Fuzzy Incremental Controller, Intelligent Control and Automation, 2013, 4, 18-25 [17] Takanori Fukao et al., Adaptive Tracking Control of a Nonholonomic Mobile Robot, IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS AND AUTOMATION, VOL 16, NO 5, OCTOBER 2000 [18] R Fierro et al., Control of a Nonholonomic Mobile Robot Using Neural Networks,IEEE TRANSACTIONS ON NEURAL NETWORKS, VOL 9, NO 4, JULY 1998 [19] Xiaoling Wu et.al., An Improved Hardware Design and Navigation Optimization Algorithm for Line Following Robot, Journal of Convergence Information Technology (JCIT) Volume8, Number5,Mar 2013 [20] Yutaka Kanayama et al., A Stable Tracking Control Method for an Autonomous Mobile Robot, IEEE 1990 [21] Iman Anvari, Non-holonomic Differential Drive Mobile Robot Control & Design: Critical Dynamics and Coupling Constraints, Master Thesis, ARIZONA STATE UNIVERSITY, December 2013 [22] Joseph R.Davis, Coeffiction of Friction In Concise Metals Engineering Data Book, 190-197 United State of America: ASM International, 1997 [23] Joseph L.Jones, Anita M.Flynn & Bruce A.Seiger Mobile Robot Inspirational to Implementation 2nd ed Cambridge, MA: MIT Artificial Intelligence Laboratory Publication Office, 1998 [24] Portescap Motion Company, DC Motor Catalogue [25] Iman Anvari, Non-holonomic Differential Drive Mobile Robot Control & Design: Critical Dynamics and Coupling Constraints, A Thesis Presented in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree Master of Science, Arizona State [26] Trịnh Chất & Lê Văn Uyển Tính Toán Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí Tập 2, 116117 Việt Nam, Công ty In Công Đoàn Việt Nam, 2006 [27] Ninh Đức Tốn, Dung Sai Lắp Ghép, Việt Nam, Công ty Cổ Phần In Thái Nguyên, 2010 [28] VISHAY, TCRT5000, TCRT5000L Datasheet, Document number: 80112, Rev 1.1, 02-Jul-09 [29] VISHAY, Application of Optical Reflex SensorsTCRT1000, TCRT5000, CNY70, Document number: 80107, Rev 1.1, 02-02 [30] LM2586 Datasheet Footer Page 81 of 126 Trang 75 ... dàng lắp đặt điều khiển xác kết hợp thêm encoder ứng dụng thêm điều khiển PID để điều chỉnh tốc độ vị trí xác theo yêu cầu 1.4 Cấu trúc điều khiển Về cấu trúc điều khiển, robot dò line có module... trúc điều khiển giải thuật điều khiển sử dụng 1.1 Sơ đồ nguyên lý Rất nhiều sơ đồ nguyên lý ứng dụng cho việc chế tạo robot dò line Để đạt tốc độ khả bám đường, sơ đồ nguyên lý loại xe đua điều khiển. .. (line từ, line màu) có Hiện robot dò line ứng dụng rộng rãi trình chế tạo công nghiệp, mang vác vật đến địa điểm đặc biệt,… Để thiết kế vận hành robot dò line, tất yếu tố kỹ thuật cấu thành robot