ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ - BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ
---------------o0o---------------

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đề tài:

THIẾT KẾ MOBILE PLATFORM BÁM LINE
CHO TRƯỚC
GVHD: PGS. TS Nguyễn Tấn Tiến
TS Dương Văn Tú

SVTH:

Nguyễn Tuấn Hịa 1812321
Phạm Hồng Ân

1810685

Nguyễn Hảo An

1811375

TP.HCM, 2021


TÊN ĐỀ TÀI

“THIẾT KẾ MOBILE PLATFORM BÁM LINE
CHO TRƯỚC”

SINH VIÊN THỰC HIỆN
Nguyễn Tuấn Hịa 1812321
Phạm Hồng Ân

1810685

Nguyễn Hảo An

1811375

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN KÝ TÊN

ii | P a g e


LỜI CẢM ƠN
Nhóm em gồm 3 bạn là Nguyễn Tuấn Hịa, Phạm Hồng Ân, Nguyễn Hảo An
xin gửi lời cảm ơn đến: Bộ môn Cơ điện tử - Khoa Cơ khí – Trường Đại học Bách
khoa TP.HCM, đã tạo điều kiện giúp chúng em có thể thực hiện Đồ án môn học Thiết

kế hệ thống Cơ điện tử này.
Xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến và thầy TS Dương Văn
Tú đã tận tình hướng dẫn giúp chúng em có thêm nhiều kiến thức mới, củng cố các
kiến thức cũ và kịp thời sửa chữa các lỗi nảy sinh trong quá trình thực hiện đồ án mà
chúng em gặp phải, giúp chúng em hoàn thiện bản thân và đạt đúng chuẩn đầu ra của
mơn học.
Trong q trình thực hiện Đồ án này, do các hạn chế về kiến thức, kinh nghiệm
nên khơng tránh khỏi các sai sót trong báo cáo, mong nhận được sự góp ý tận tình từ
q thầy cơ để giúp chúng em hồn thiện bản thân hơn để tạo tiền đề cho các đề tài kế
tiếp, luận văn tốt nghiệp, công việc sau này…
Xin chân thành cảm ơn.

TP.HCM, ngày 15 tháng 12 năm 2021
Đại diện nhóm
Hịa
Nguyễn Tuấn Hịa

iii | P a g e


iv | P a g e


MỤC LỤC
TÊN ĐỀ TÀI......................................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN....................................................................................................................... iii
MỤC LỤC............................................................................................................................. 5
DANH MỤC CÁC BẢNG.....................................................................................................8
DANH MỤC CÁC HÌNH......................................................................................................9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN................................................................................................15

1.1 Mục tiêu thiết kế.........................................................................................................15
1.2 Sơ lược về xe dò line..................................................................................................15
1.3 Một số thiết kế điển hình............................................................................................16
1.4 Đầu bài thiết kế..........................................................................................................23
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN..........................................................................25
2.1 Kết cấu cơ khí............................................................................................................25
2.2 Động cơ...................................................................................................................... 28
2.3 Cảm biến.................................................................................................................... 30
2.4 Các cách xử lí tín hiệu cảm biến................................................................................33
2.5 Bộ điều khiển.............................................................................................................39
2.6 Cấu trúc điều khiển....................................................................................................44

5|Page


CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ GANTT CHO ĐỒ ÁN......................................................................46
3.1 Sơ đồ GANTT sơ bộ..................................................................................................46
3.2 Sơ đồ GANTT tiến độ thật công việc.........................................................................47
3.3 Sơ đồ GANTT cuối cùng...........................................................................................48
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ.....................................................................................................49
4.1 Thiết kế cơ:................................................................................................................49
4.1.1 Lựa chọn bánh chủ động và bánh bị động...........................................................49
4.1.2 Tính tốn và lựa chọn động cơ............................................................................54
4.1.3 Xét điều kiện để xe vào cua không bị trượt.........................................................59
4.1.4 Xét điều kiện để vào cua không lật......................................................................60
4.1.5 Thiết kế thân xe và các bộ phận..........................................................................61
4.1.6

Kiểm bền tấm thân xe......................................................................................64


4.1.7

Thiết kế đồ gá động cơ – Tính tốn dung sai...................................................68

4.1.8 Độ nhám bề mặt..................................................................................................86
4.2 Thiết kế điện............................................................................................................... 87
4.2.1 Tính tốn cảm biến..............................................................................................87
4.2.2 Lựa chọn và thiết kế mạch driver........................................................................96
4.2.3

Lựa chọn nguồn và mạch hạ áp......................................................................100

4.2.4

Thiết kế bộ điều khiển trung tâm....................................................................104
6|Page


4.3 Mơ hình hố hệ thống...............................................................................................108
4.3.1 Mơ hình động học của robot..............................................................................108
4.3.2 Tìm hàm truyền động cơ...................................................................................111
4.3.3 Thiết kế bộ điều khiển.......................................................................................117
4.3.4 Lưu đồ giải thuật điều khiển..............................................................................123
Chương 5: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA XE ROBOT..............................................126
5.1 Mô phỏng sa bàn khi chưa nhúng sai số cảm biến và hàm truyền động cơ..........126
5.2 Mô phỏng sa bàn khi đã nhúng sai số cảm biến và hàm truyền động cơ..............128
5.3 Nhận xét kết quả mô phỏng..................................................................................132
Chương 6: THỰC NGHIỆM..............................................................................................134
6.1 Lắp ráp phần cơ........................................................................................................134
6.2 Thực nghiệm phần điện và điều khiển......................................................................135

6.2.1 Thực nghiệm cảm biến......................................................................................135
6.2.2 Thực nghiệm driver động cơ.............................................................................140
6.2.3 Thực nghiệm nguồn mạch giảm áp...................................................................141
6.3 Hoàn thành thực nghiệm..........................................................................................141
KẾT LUẬN........................................................................................................................ 143
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................145

7|Page


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1 So sánh ưu nhược điểm xe 3 bánh và 4 bánh...........................................................25
Bảng 2 So sánh giữa các loại động cơ..................................................................................28
Bảng 3 So sánh Photoresistor và Phototransistor [28]............................................................31
Bảng 4 So sánh bánh castor và bánh mắt trâu......................................................................49
Bảng 5 Các kích thước cơ bản của khung thân xe................................................................63
Bảng 6 Dung sai các khâu theo phương x............................................................................78
Bảng 7 Dung sai các khâu theo phương y............................................................................83
Bảng 8 Thông số driver L298N............................................................................................96
Bảng 9 Hàm truyền động cơ trước khi có PID...................................................................117
Bảng 10 Hàm truyền động cơ sau khi dùng bộ điều khiển PID..........................................121
Bảng 11 Các thông số dùng cho mô phỏng động học........................................................126
Bảng 12 Tính tốn calib cảm biến......................................................................................139

8|Page


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Sa bàn line u cầu................................................................................................15
Hình 1.2 Xe đua dò line cuộc thi MCR Đại học Trà Vinh 2017 và sơ đồ nguyên lý............16

Hình 1.3 Hình ảnh thực tế và sơ đồ nguyên lý xe đua đội CartisX04...................................18
Hình 1.4 Hình ảnh thực tế và sơ đồ nguyên lý xe Chariot....................................................19
Hình 1.5 Mạch cảm biến phản xạ QTR-8RC, QTR-8A.......................................................20
Hình 1.6 Hình ảnh thực tế và sơ đồ nguyên lý xe đua đội Robot Pika.................................21
Hình 1.7 Hình ảnh thực tế và sơ đồ nguyên lý xe đua đội FireBall......................................22
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý xe 3 bánh, 2 bánh trước dẫn động...............................................26
Hình 2.2 Ngun lí cảm biến quang điện trở........................................................................30
Hình 2.3 Mức so sánh của cảm biến ứng với các vị trí line khi xe di chuyển.......................33
Hình 2.4 Minh họa phương pháp Xấp xỉ bậc 2 và Xấp xỉ theo trọng số...............................34
Hình 2.5 Ví dụ về thiết bị đo cảm biến.................................................................................36
Hình 2.6 Các phương pháp bố trí cảm biến..........................................................................38
Hình 2.7 Cấu tạo nguyên lý làm việc bộ điều khiển ON-OFF..............................................39
Hình 2.8 Sơ đồ mạch điện bộ điều khiển ON-OFF..............................................................40
Hình 2.9 So sánh bộ điều khiển PID và ON-OFF................................................................41
Hình 2.10 Mơ hình hóa động học robot áp dụng bộ điều khiển tracking..............................42

9|Page


Hình 2.11 Đồ thị đáp ứng của tín hiệu đầu ra bộ điều khiển PID, fuzzy, LQR....................43
Hình 2.12 Cấu trúc điều khiển tập trung..............................................................................44
Hình 2.13 Cấu trúc điều khiển tầng......................................................................................45
Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý thiết kế xe 3 bánh, 2 bánh trước dẫn động..................................49
Hình 4.2 Bánh mắt trâu xe đua Pololu.................................................................................50
Hình 4.3 Bánh mắt trâu nhỏ Hshop......................................................................................51
Hình 4.4 Bánh đa hướng Mecanum D48..............................................................................53
Hình 4.5 Bánh xe V2 của HShop.........................................................................................54
Hình 4.6 Mơ hình động học bánh xe....................................................................................55
Hình 4.7 Động cơ GA25 280rpm và các thơng số kích thước.............................................58
Hình 4.8 Phân tích lực gây trượt cho bánh xe khi vào cua...................................................59

Hình 4.9 Phân tích lực gây lật khi vào cua...........................................................................60
Hình 4.10 Model 3D xe........................................................................................................64
Hình 4.11 Mơ phỏng đặt lực trên tấm thân xe......................................................................66
Hình 4.12 Thơng số vật liệu tấm thân xe..............................................................................67
Hình 4.13 Phân bố ứng suất trên tấm thân xe.......................................................................67
Hình 4.14 Phân tích chuyển vị trên tấm thân xe...................................................................68
Hình 4.15 Đồ gá động cơ.....................................................................................................68
Hình 4.16 Datasheet chốt định vị trụ suốt [37].......................................................................69
10 | P a g e


Hình 4.17 Chọn mặt chuẩn và dung sai các mặt phụ vng góc..........................................70
Hình 4.18 Thơng số kích thước dung sai động cơ................................................................71
Hình 4.19 Phân tích hình học 1............................................................................................71
Hình 4.20 Phân tích hình học 2............................................................................................72
Hình 4.21 Phân tích dung sai độ đồng tâm sang 2 phương..................................................74
Hình 4.22 Đặt mặt chuẩn theo phương x..............................................................................74
Hình 4.23 Chuỗi kích thước theo phương x.........................................................................75
Hình 4.24 Đặt mặt chuẩn theo phương y..............................................................................81
Hình 4.25 Chuỗi kích thước theo phương y.........................................................................82
Hình 4.26 Sơ đồ khối hệ thống điện.....................................................................................87
Hình 4.27 Sơ đồ mạch điện cảm biến quang TCRT5000.....................................................88
Hình 4.28 Đồ thị thể hiện mối tương quan giữa dòng điện vào led phát với dòng điện
transitor (bên trái) và với điện áp 2 dầu transistor (bên phải)...............................................88
Hình 4.29 Cách đặt cảm biến...............................................................................................89
Hình 4.30 Ảnh hưởng của cách đặt cảm biến với Switching distance..................................90
Hình 4.31 Sơ đồ đo chiều cao cảm biến so với mặt sàn.......................................................90
Hình 4.32 Đồ thị kết quả thí nghiệm đo giá trị điện áp trả về từ cảm biến tại từng vị trí so
với tâm đường line...............................................................................................................91
Hình 4.33 Sơ đồ tính tốn khoảng cách giữa 2 cảm biến.....................................................93

Hình 4.34 Điều kiện khoảng cách giữa các cảm biến...........................................................94
11 | P a g e


Hình 4.35 Kích thước sensor................................................................................................94
Hình 4.36 Kích thước dãy cảm biến.....................................................................................95
Hình 4.37 Mạch proteus cảm biến........................................................................................95
Hình 4.38 Mạch PCB cảm biến............................................................................................96
Hình 4.39 Mơ hình 3D cảm biến..........................................................................................96
Hình 4.40 Block diagram của IC L298N..............................................................................97
Hình 4.41 Sơ đồ mạch driver proteus..................................................................................99
Hình 4.42 Mơ hình 3D driver.............................................................................................100
Hình 4.43 Datasheet Pin 9V Eveready Silver.....................................................................101
Hình 4.44 Block diagram module hạ áp LM7812..............................................................102
Hình 4.45 Sơ đồ mạch hạ áp 12V.......................................................................................102
Hình 4.46 Sơ đồ mạch hạ áp 5V........................................................................................103
Hình 4.47 Sơ đồ mạch hạ áp 3,3V......................................................................................103
Hình 4.48 Sơ đồ chân vi điều khiển Atmega 328...............................................................104
Hình 4.49 Sơ đồ mạch proteus mạch điều khiển trung tâm................................................106
Hình 4.50 PCB mạch điều khiển trung tâm........................................................................106
Hình 4.51 Model 3D mạch điều khiển trung tâm...............................................................107
Hình 4.52 Mơ hình động học của mobile flatform.............................................................108
Hình 4.53 Mơ hình động học sử dụng cho robot dị line....................................................110
12 | P a g e


Hình 4.54 Xác định sai số e3..............................................................................................111
Hình 4.55 Đồ thị vận tốc theo PWM..................................................................................112
Hình 4.56 Dữ liệu tìm hàm truyền khi chưa có bộ điều khiển PID....................................113
Hình 4.57 Đồ thị vận tốc theo thời gian khi chưa có bộ điều khiển PID............................114

Hình 4.58 Cơng cụ Ident của Matlab..................................................................................114
Hình 4.59 Giao diện xấp xỉ hàm truyền của Matlab...........................................................115
Hình 4.60 Hàm truyền khi chưa có bộ điều khiển PID.......................................................116
Hình 4.61 Hệ số PID và đồ thị đáp ứng..............................................................................119
Hình 4.62 Dữ liệu và đồ thị đáp ứng động cơ sau khi có PID............................................119
Hình 4.63 Đáp ứng step của động cơ trái...........................................................................120
Hình 4.64 Đáp ứng step của động cơ phải..........................................................................121
Hình 5.1 Kết quả mơ phỏng khi chưa nhúng sai số cảm biến và hàm truyền của động cơ. 127
Hình 5.2 Đáp ứng step của động cơ trái.............................................................................129
Hình 5.3 Đáp ứng step của động cơ phải............................................................................129
Hình 5.4 Khi xe di chuyển với vận tốc 0,8 m/s thời gian lấy mẫu là 0,16s........................130
Hình 5.5 Sai số e2 khi phóng to sa bàn...............................................................................131
Hình 5.6 Đồ thị sai số e2 theo thời gian..............................................................................131
Hình 5.7 Tốc độ 2 bánh sau khi có bộ điều khiển..............................................................132
Hình 6.1 Lắp ráp cơ khí xe.................................................................................................134
13 | P a g e


Hình 6.2 Hình thành cảm biến...........................................................................................135
Hình 6.3 Kết quả thực nghiệm giá trị cảm biến..................................................................138
Hình 6.4 Sơ đồ thực nghiệm cảm biến...............................................................................140
Hình 6.5 Đồ thị kết quả thực nghiệm cảm biến..................................................................140
Hình 6.6 Cảm biến và hộp cảm biến thực tế.......................................................................141
Hình 6.7 Mạch điện trung tâm thực tế................................................................................142
Hình 6.8 Robot thực tế.......................................................................................................142

14 | P a g e


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Mục tiêu thiết kế
Thiết kế mobile robot chạy trên sa bàn bám line với độ ổn định tốt, hoàn thành sa bàn
đúng yêu cầu (sa bàn được cho trước hình dạng, các kích thước) và tốc độ tối đa được cho
tùy vào mục đích robot.
Hình dạng sa bàn:

Hình 1.1 Sa bàn line yêu cầu
1.2 Sơ lược về xe dò line
Xe dò line – xe dò đường (Line following Robot) là một loại robot di động, di chuyển
bằng chuyến động quay của các bánh xe, đảo hướng bằng các nguyên lý đặc biệt và bám
theo một đường line nhất định được dáng trên sa bàn.
Xe dò line là một ứng dụng nhỏ về một hệ thống (máy) cơ điện tử, nhưng nó đóng vai
trị là cơ sở cho việc các sản phẩm cơ điện có quy mơ lớn hơn như: robot vận chuyển hàng
hóa trong cơng nghiệp AGV, robot tránh vật cản… Đối với sinh viên như chúng em, đây là
một đề tài hấp dẫn và thiết thực, chi phí rẻ, cơ hội thực hành tốt, từ đó giúp tạo nền tảng
thực nghiệm nghiên cứu và chế tạo cho bản thân ở các đề tài sau.

15 | P a g e


 Với mục tiêu thiết kế ban đầu ở phần 1.1 và việc tìm hiểu định hướng thiết kế chế tạo
xe dị line, nhóm chúng em định hướng thiết kế xe đua dò line. Dưới đây là một số mẫu xe
đua dị line do nhóm tìm hiểu.
1.3 Một số thiết kế điển hình
1.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước
Xe đua dò line: cuộc thi MCR (Micom Rally Car) Đại học Trà Vinh năm 2017

Hình 1.2 Xe đua dị line cuộc thi MCR Đại học Trà Vinh 2017 và sơ đồ ngun lý
Thơng số kỹ thuật chính:
-


Motor trái và Motor phải: là hai động cơ DC dẫn động 2 bánh xe sau của xe.
16 | P a g e


-

Motor lái: Một động cơ RC Servo làm nhiệm vụ bẻ lái 2 bánh xe trước của xe.

-

Modul H-Drive: Sử dụng IC chuyên dụng L298, nhận tín hiệu từ vi điều khiển và
thực hiện chức năng điều khiển tốc độ 2 động cơ sau.

-

Tốc độ tối đa có thể đạt được: 1,6m/s.

-

Modul vi điều khiển: Sử vi điều khiển thông dụng là PIC16F887 của hãng
Microchip, chức năng nhận tín hiệu từ cảm biến dò line để điều khiển hai động cơ
sau giúp xe chạy đúng hướng.

-

Modul cảm biến dò line: Sử dụng nguyên lý phản xả ánh xáng, và truyền tín hiệu vị
trí của xe về cho vi điều khiển. Giải thuật cảm biến: so sánh.

-


Khối nguồn Pin: Sử dụng 2 nguồn điện DC là 5V (cung cấp cho vi điều khiển, cảm
biến) và 12V (cung cấp cho động cơ).

-

Khung xe làm bằng vật liệu mica và nhựa dẻo vì kích thước tối đa cho bề rộng của xe
là 300 mm, bề cao là 150 mm, chiều dài, trọng lượng, và chất liệu của xe là tùy ý nên
khung xe phải được thiết kế sao cho đảm bảo quy định này, ngồi ra xe khơng thể
q dài hoặc q nặng làm ảnh hưởng đến tốc độ cũng như khả năng lái của xe khi
vào cua.

 Nhận xét:
o Ưu điểm: kết cấu 4 bánh giúp dễ lấy thăng bằng và khó bị lật, bánh lái phía
trước giúp dễ dàng vào cua làm cho bán kính cua nhỏ.
o Nhược điểm: 4 bánh sau dễ bị trượt khi vào cua vì 4 điểm tiếp xúc khơng cùng
nằm trên một mặt phẳng.
1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước
1.3.2.1 CartisX04: Xe đua dị line về nhất cuộc thi Japanese Robotrace Contest 2014

17 | P a g e


Hình 1.3 Hình ảnh thực tế và sơ đồ nguyên lý xe đua đội CartisX04
Thơng số kỹ thuật chính:
-

Tốc độ tốt nhất để đảm bảo xe bám line tốt: v = 1.4 m/s, Tốc độ tối đa: = 4,2 m/s.

-


Vi điều khiển: sử dụng STM32F103RE và dùng giải thuật điều khiển học đường giúp
tăng tốc độ ở những lần chạy sau.

-

Kết cấu: 2 cặp bánh dẫn động bởi 2 động cơ và 1 bánh lái ở phía trước:
o 2 Động cơ dẫn động: Maxon DCX10L x 2; Tốc độ 6780 rpm, điện áp 12 V,
dòng điện 0,682, Moment 2,05 mNm.
o Động cơ điều khiển bánh trước Steering Motor: Maxon RE10.

-

Đường kính bánh xe: 25 mm.

-

Encoder: ENX 10 EASY loại 1024 count / rotation.

-

Chiều dài 175 mm, Chiều rộng 153 mm, Khoảng cách 2 bánh 2 bên 130mm, Trọng
tâm giữa 4 bánh cao 7 mm.

-

Khối lượng 98g.

-


Gyro sensor (cảm biến góc quay) Invensense ISZ-650 x2 cái.

-

Cảm biến dò line: cảm biến hồng ngoại SHARP GP2S700 x6 cái chia thành 3 cặp đặt
song song, được tính xấp xỉ theo trọng số (tài liệu PDF), Khoảng cách cảm biến và
18 | P a g e


sàn 3mm (datasheet), Kích thước cảm biến 4x3x2 mm, Che chắn bằng nhựa đen phía
dưới màu xanh lá.
-

Pin Li-Polymer [1] 4.5V x2.

 Nhận xét:
o Ưu điểm: kết cấu 4 bánh sau giúp dễ lấy thăng bằng và khó bị lật, bánh lái
phía trước giúp dễ dàng vào cua làm cho bán kính cua nhỏ. Sử dụng cảm biến
góc quay giúp tăng độ chính xác điều khiển.
o Nhược điểm: 4 bánh sau dễ bị trượt khi vào cua, kết cấu cơ khí phức tạp.
1.3.2.2 Chariot [2]: Về nhì cuộc thi LV Bots April line following.

Hình 1.4 Hình ảnh thực tế và sơ đồ ngun lý xe Chariot
Thơng số kỹ thuật chính:
-

Trọng lượng: 210 (gram).

-


Kích thước:145 ×90 ×70 mm

-

Kết cấu xe: 2 bánh sau chủ động (Bánh răng kim loại 35 – 115 - 5Dx30L mm, D =
30mm), 1 bánh trước tự lựa (D=9,5mm).

-

Phần điện: Động cơ: DC Servo, cảm biến hồng ngoại gồm 6 sensor QTR-8RC.
(không sử dụng 2 cảm biến ngoài cùng).

-

Phần cứng điều khiển: vi điều khiển A- Start 32u4 Mini LV (MCU Atmega32u4),
cấu trúc điều khiển tập trung, bộ điều khiển PID.

-

Nguồn: sử dụng bộ điều chỉnh điện áp 7,5 V D24V25F7.
19 | P a g e


-

Vận tốc trung bình chạy trong cuộc đua là 1,17m/s.

-

Vận tốc tối đa: 2 m/s.


Mạch cảm biến QTR-8RC, QTR-8A

Hình 1.5 Mạch cảm biến phản xạ QTR-8RC, QTR-8A
Thông số kỹ thuật
 Kích thước: 2,95 "x 0,5" x 0,125 ".
 Điện áp hoạt động: 3.3-5.0 V.
 Cung cấp hiện tại: 100 mA.
 Định dạng đầu ra: 8 tín hiệu tương thích I / O kỹ thuật số có thể được đọc dưới
dạng xung cao được định thời.
 Khoảng cách phát hiện tối ưu: 0,125 "(3 mm).
 Khoảng cách giữa 2 cảm biến liên tiếp: 0,375 "(9,525 mm).


Trọng lượng khơng có chân cắm: 0,11 oz (3,09 g).

 Nhận xét:
o Ưu điểm:
 Kết cấu đơn giản, mơ hình động học đơn giản, dễ điều khiển.
 Tiếp xúc 3 điểm nên khả năng bám đường tốt.
20 | P a g e


 Khi chế tạo chỉ quan tâm độ đồng trục của 2 bánh xe sau.
 Trọng tâm xe gần 2 bánh chủ động giúp moment quán tính giảm khi xe
qua cua  hạn chế sự trượt.
o Nhược điểm:
 Dễ lật khi vào cua, cần tính tốn



Chuyển động đảo hướng theo nguyên lý 2 bánh vi sai nên dễ bị trượt
khi vào cua ở tốc độ cao.

1.3.2.3

Robot Pika của đội Mechatron vơ địch Cyberbot 2015 tại Poznan

Hình 1.6 Hình ảnh thực tế và sơ đồ nguyên lý xe đua đội Robot Pika
Thơng số kỹ thuật chính:
-

Kích thước: 280x180x50 (mm).

-

Kết cấu: 4 bánh: 2 bánh cao su dẫn động bởi 2 động cơ (D=34mm), 2 bánh mắt
trâu đặt ở dãy cảm biến có đường kính nhỏ hơn nhiều nên có thể đảm bảo 2 bánh
sau luôn tiếp xúc mặt đất (1 trong 2 bánh trước hở).

-

Vận tốc tối đa: 2,7 (m/s), vận tốc trung bình: 1,7 (m/s).

 Nhận xét:
o Ưu điểm: xe cân bằng tốt khó bị lật khi vào cua.
o Nhược điểm: 4 bánh tiếp xúc mặt đường không tốt.
1.3.2.4 Xe dò line FireBall
21 | P a g e



Hình 1.7 Hình ảnh thực tế và sơ đồ nguyên lý xe đua đội FireBall
Thơng số kỹ thuật chính:
-

Kích thước 182 ×130 ×60mm.

-

Đường kính bánh xe: 60mm.

-

Khối lượng: 295g.

-

Vận tốc trung bình: 1,5m/s. Vận tốc tối đa 3m/s.

-

Cảm biến: 8x cảm biến hồng ngoại QTR-8RC.

-

Khoảng cách giữa 2 cảm biến 9,525mm.

 Nhận xét:
o Ưu điểm: Khi vào cua khó lật hơn xe 3 bánh, 4 bánh chuyển động nên cua gấp
dễ dàng.
o Nhược điểm: Xảy ra hiện tượng trượt bánh khi cua, khó đảm bảo tiếp xúc giữa

4 điểm với mặt đường.
1.3.3

Tiêu chí chung của các nghiên cứu tham khảo

-

Vận tốc các xe nằm trong khoảng: 1,5 đến 4,2 m/s

-

Kích thước nhỏ hơn: 280x180x40

-

Trọng lượng nhỏ hơn: 500g

22 | P a g e


1.4 Đầu bài thiết kế
Thiết kế xe đua dò line chạy trên sa huỳnh có quỹ đạo cho trước, với các thông số:
Vận tốc tối đa (nằm trong khoảng vận tốc thường đạt được với mobile robot bám line ví
dụ trong phần 1.2), chọn:
vmax = 2 m/s.
Bán kính cong tối thiểu: Rmin = 500mm.
Sai số bám line trên đoạn thẳng và cong: emax = ± 18 mm.
Các tiêu chí phụ để phù hợp với đầu bài được nêu ở phần 1.3.3.

Tuy nhiên trong quá trình thực nghiệm, vì điều kiện khơng cho phép nên động cơ nhóm

mua khơng đáp ứng được điều kiện có thể điều khiển được ở tốc độ 2m/s (thời gian xác lập
của động cơ lớn tsettling time = 0.13s), nên đầu bài được hiệu chỉnh:
vmax = 0,7 m/s.

23 | P a g e


Tính tốn sai số bám line: với giả thuyết ban đầu: Bề rộng đường line: 19 mm
(Cách xác định khoảng cách giữa 2 cảm biến liên tiếp theo bề rộng line: Theo tài liệu [3])
-

Bề rộng line là 19mm tương ứng với giá trị của khoảng cách giữa hai cảm biến quang
liên tiếp được chọn là 12,5 mm. Nội suy tuyến tính suy ra khoảng cách tối đa giữa 2
cảm biến gần nhất để cảm biến có thể hoạt động tốt là: 13 mm.

-

Giả sử sử dụng: 7 cảm biến. Bề rộng của dãy cảm biến: > 13x6 = 78 mm. Suy ra sai
số lớn nhất giữa tâm xe với tâm cảm biến theo thuật toán là: e1 =78/2 = 36mm

-

Giả sử ta sử dụng thuật toán xấp xỉ theo trọng số thì sai số lớn nhất giữa tâm cảm
biến theo thuật toán và tâm line là: e 2 = 2,6[3], suy ra sai số bám line lớn nhất là: 38,6
mm. Do đó điều một giá trị < 38,6mm.

 Sai số bám line phụ thuộc vào: bề rộng line, sai số cảm biến, bộ điều khiển và nhiều
yếu tố khác, được tính tốn ở các phần sau.
Chọn: e = ±18 mm (được hiệu chỉnh).


24 | P a g e


CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
2.1 Kết cấu cơ khí
Xe đua bám line có nhiều loại kết cấu: 1 bánh, 2 bánh (tự cân bằng), 3 bánh (2 bánh
trước dẫn động, 2 bánh sau dẫn động, 2 bánh dẫn động 1 động cơ và một bánh trước xoay
đảo hướng), 4 bánh… Tuy nhiên với yêu cầu đầu tiên là thiết kế xe chỉ để bám line, mà xe
loại 1 bánh và 2 bánh phải có giải thuật phức tạp để giữ cho xe cân bằng, nên ta sử dụng sử
dụng xe 3 hoặc 4 bánh là hợp lý nhất.
Các kết cấu xe 3 bánh, 4 bánh:
Bảng 1 So sánh ưu nhược điểm xe 3 bánh và 4 bánh
Cấu hình xe
3 bánh

Sơ đồ nguyên lý

Ưu điểm
-Tiếp

Nhược điểm
xúc

mặt -Trọng lượng phân

đường tốt (do 3 bố khơng tốt (trên
điểm

tạo


mặt hình tam giác).

phẳng) giúp dễ điều
khiển.

-Xe dễ bị lật khi vào
cua gấp với tốc độ

-Ưu thế ở các đoạn cao.
đường di chuyển
thẳng.

25 | P a g e