Đồ án thiết kế cơ điện tử
LỜI CÁM ƠN
Nhóm thực hiện đồ án xin gửi lời cám ơn đầu tiên đến thầy – Võ Tường Quân đã trực
tiếp hướng dẫn và chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình thực hiện đồ án này.
Nhóm xin gửi lời cám ơn đến thầy Lưu Thanh Tùng đã tạo điều kiện cho nhóm sử dụng
khơng gian IUD Lab trong suốt q trình thực hiện đồ án cũng như những lời khuyên hưu
ích từ thầy.
Cuối cùng, nhóm xin gửi lời cám ơn đến bạn bè trong lớp CK16CD01, CK16CD02 đã
giúp đỡ và cho nhóm những lời khun bổ ích rất nhiều.
Nhóm SVTH:
Nguyễn Xn Nghĩa
Phan Khánh Duy
Nguyễn Huy
Phạm Trọng Hiếu


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................................1
1.1.

GIỜI THIỆU.......................................................................................................1

1.2.

MỤC TIÊU..........................................................................................................1

1.3.

CÁC MẪU XE DÒ LINE HIỆN NAY..............................................................2

1.3.1.

The Chariot Robot.......................................................................................2

1.3.2.

The Pinto Robot...........................................................................................3

1.3.3.

The Silvestre Robot......................................................................................4

1.3.4.

Usain Volt 2.0 Robot....................................................................................5

1.3.5.

Suckbot Robot..............................................................................................6

1.3.6.

Newbie Robot...............................................................................................7

1.3.7.

Sunfounder Robot........................................................................................8

1.3.8.

CartisX04 Robot...........................................................................................9


1.4.

ĐẶT BÀI TOÁN...............................................................................................11

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.....................................................................12
2.1.

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ VÀ KẾT CẤU...............................................................12

2.2.

CẢM BIẾN........................................................................................................13

2.2.1.

Phương pháp dùng camera.......................................................................13

2.2.2.

Phương pháp dùng hồng ngoại.................................................................14

2.2.3.

Phương pháp dùng cảm biến quang (photoresistor)...............................14

2.2.4.

Phương pháp dùng cảm biến phototransitor...........................................15


2.2.5.

Giải thuật xử lý tín hiệu cảm biến quang để xác định vị trí line.............16

2.2.6.

Về cách bố trí cảm biến quang..................................................................18

2.3.

ĐỘNG CƠ.........................................................................................................18

2.3.1.

Động cơ Step...............................................................................................18

2.3.2.

Động cơ DC gắn encoder...........................................................................18

2.4.

LỰA CHỌN DRIVER......................................................................................19

2.4.1.

Driver TB6612............................................................................................19

2.4.2.


Driver L298N..............................................................................................20

2.5.

ĐIỀU KHIỂN....................................................................................................20

2.5.1.

Vi điều khiển...............................................................................................20

2.5.2.

PLC.............................................................................................................21

2.6.

PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ...............................................................................23


CHƯƠNG 3: CƠ KHÍ...................................................................................................24
3.1.

LỰA CHỌN BÁNH XE....................................................................................24

3.1.1.

Lựa chọn cơ cấu robot...............................................................................24

3.1.2.


Lựa chọn bánh chủ động...........................................................................24

3.1.3.

Lựa chọn bánh bị động..............................................................................25

3.2.

TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ..................................................................................25

3.3.

TÍNH TỐN KHOẢNG CÁCH GIỮA 2 BÁNH CHỦ ĐỘNG....................28

3.4.

TÍNH TOÁN DUNG SAI VÀ ĐỘ ĐỒNG TRỤC HAI ĐỘNG CƠ...............30

3.4.1.

Động cơ đặt trục và khung động cơ..........................................................30

3.4.2.

Giữa khung và khung động cơ..................................................................30

3.4.3.

Đồng trục 2 động cơ...................................................................................31


CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN..............................................................36
4.1.

SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN TOÀN XE.....................................................................36

4.2.

DRIVER L298N................................................................................................36

4.3.

MẠCH HẠ ÁP..................................................................................................37

4.4.

NGUỒN.............................................................................................................37

4.5.

CẢM BIẾN........................................................................................................38

4.5.1

Lựa chọn cảm biến.....................................................................................38

4.5.2

Hướng đặt cảm biến...................................................................................39

4.5.3


Thí nghiệm độ cao cảm biến......................................................................40

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN.................................................44
5.1.

MƠ HÌNH ĐỘNG HỌC...................................................................................44

5.1.1.

Phương trình động học của điểm A..........................................................44

5.1.2.

Phương trình động học tại điểm C............................................................45

5.1.3.

Cách xác định vị trí xe...............................................................................45

5.2.

BỘ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ................................................................................47

5.3.

SỐ LƯỢNG CẢM BIẾN..................................................................................47

5.4.


ĐIỀU KHIỂN VẬN TỐC.................................................................................48

5.4.1.

Hàm truyền động cơ..................................................................................48

5.4.2.

Bộ điều khiển vận tốc PID.........................................................................52

5.5.

SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT.......................................................................................53

CHƯƠNG 6: SO SÁNH MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM....................................54
6.1.

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG...................................................................................54


6.2.

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM...........................................................................55

6.3.

SO SÁNH........................................................................................................... 55

KẾT LUẬN..................................................................................................................... 60



DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sa bàn di chuyển của robot
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 1.2 The Chariot Robot [1]
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý của The Chariot Robot Error! Bookmark not
defined. Hình 1.4 The Pinto Robot [2]
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý của The Chariot Robot Error! Bookmark not
defined. Hình 1.6 The Silvestre Robot [3]
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý của The Silvestre Robot Error! Bookmark not
defined. Hình 1.8 Usain Volt 2.0 Robot [4]
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý của Usain Volt 2.0 Robot Error! Bookmark
not defined.
Hình 1.10 Suckbot Robot [5]
Error!
Bookmark

not
defined. Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý của Suckbot Robot Error! Bookmark not
defined. Hình 1.12 Newbie Robot [6]
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 1.13 Sơ đồ nguyên lý của New Robot Error! Bookmark not
defined. Hình 1.14 Sunfounder Robot [7]
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 1.15 Sơ đồ nguyên lý của Sunfounder Robot Error! Bookmark not
defined. Hình 1.16 CartisX04 Robot [8]
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý của CartisX04 Robot Error! Bookmark not
defined. Hình 2.1 Thiết kế cơ khí của xe
Error!
Bookmark
not
defined.
Hình 2.2 CMUcam5 [9]
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 2.3 Các loại cảm biến thơng dụng Error!
Bookmark
not
defined. Hình 2.4 Ngun lý làm việc của cảm biến quang [15] Error! Bookmark

not defined.
Hình 2.5 Phototransistor [16]
Error! Bookmark not defined.
Hình 2.6 Giải thuật so sánh [17]
Error! Bookmark not defined.
Hình 2.7 Giải thuật xấp xỉ [18]
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 2.8 Các cách sắp xếp cảm biến [19] Error!
Bookmark
not
defined. Hình 2.9 Driver TB6612 [20]
Error!
Bookmark
not
defined.
Hình 2.10 Driver L298N [21]
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 2.11 Các bộ vi điểu khiển thơng dụng hiện nay [22] Error!
Bookmark not defined.
Hình 2.12 Bộ điều khiển PLC Siemens. [23]
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 2.13 Phương án cấu trúc điều khiển Error!
Bookmark
not

defined. Hình 3.1 Cơ cấu robot
Error!
Bookmark
not
defined.
Hình 3.2 Bánh xe 80mm
Error! Bookmark not defined.
Hình 3.3 Bánh đa hướng (40mm)
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 3.4 Lực tác động lên bánh xe
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 3.5 Động cơ DC servo GA25 V1 Error!
Bookmark
not
defined. Hình 3.6 Mơ hình tốn khi xe chuyển hướng Error! Bookmark not


defined.


Hình 3.7 Dung sai giữa mặt định vị động cơ và gá động cơ Error! Bookmark not
defined.
Hình 3.8 Dung sai lắp ghép giữa shoulder bolt, sàn xe và gá động cơ
Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.9 Sai lệch tâm trục 2 động cơ

Error!
Bookmark
not
defined. Hình 3.10 Các khâu hình thanh chuỗi kích thước I Error! Bookmark not
defined. Hình 3.11 Các khâu hình thành chuỗi kích thước IIError! Bookmark not
defined. Hình 3.12 Hình vẽ 3D của robot
Error!
Bookmark
not
defined.
Hình 3.13 Hình vẽ 3D của robot
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 4.1 Sơ đồ mạch điện tổng quát
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 4.2 Driver L298N
Error!
Bookmark
not
defined.
Hình 4.3 Mạch hạ áp LM2596
Error! Bookmark not defined.
Hình 4.4 Hình pin Panasonic 3.7 V
Error! Bookmark not defined.
Hình 4.5 Cảm biến TCRT 5000
Error! Bookmark not defined.
Hình 4.6 Sơ đồ mạch của cảm biến

Error! Bookmark not defined.
Hình 4.7 Ảnh hưởng của hướng đặt cảm biến với độ chính xác Error! Bookmark
not defined.
Hình 4.8 Sơ đồ mạch của cảm biến
Error! Bookmark not defined.
Hình 4.9 Hình ảnh thí nghiệm thực tế
Error! Bookmark not defined.
Hình 4.10 Đồ thị điện thế - độ cao khi cảm biến ở vùng trắng Error! Bookmark
not defined.
Hình 4.11 Đồ thị điện thế - độ cao khi cảm biến ở vùng đen Error! Bookmark not
defined.
Hình 4.12 Đồ thị chênh lệch điện áp giữ vùng đen và vùng trắng theo độ cao
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 4.13 Khoảng các đặt cảm biến
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 5.1 Mơ hình động học của robot
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 5.2 Sơ đồ khối cho xe
Error!
Bookmark
not
defined.
Hình 5.3 Sơ đồ cảm biến
Error!

Bookmark
not
defined. Hình 5.4 Đồ thị PWM và số vòng quay của Motor 1 Error! Bookmark
not defined.
Hình 5.5 Đồ thị Step Response của Motor 1
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 5.6 Đồ thị PWM và số vịng quay của motor 2 Error! Bookmark
not defined.
Hình 5.7 Đồ thị Step Reponse của Motor 2
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 5.8 Vị trí giả định của xe
Error!
Bookmark
not
defined. Hình 5.9 Sơ đồ giải thuật cho hệ thống Error!
Bookmark
not
defined. Hình 6.1 So sánh giữa mơ phỏng và đường line Error! Bookmark not
defined. Hình 6.2 Sai số giữa đường đen và xe theo thời gian Error! Bookmark
not defined.


Hình 6.3 Sai lệch thực tế giữa đường đen và xe Error! Bookmark not defined.
Hình 6.4 Sai so lệch giữa đường đen và xe theo thời gian Error! Bookmark not
defined.
Hình 6.5 So sánh giữa mô phỏng và thực tế

Error! Bookmark not defined.

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Thông số The Chariot Robot
Bảng 1.2 Thông số The Pinto Robot
Bảng 1.3 Thông số The Silvestre Robot
Bảng 1.4 Thông số Usain Volt 2.0 Robot
Bảng 1.5 Thông số Suckbot Robot
Bảng 1.6 Thông số Newbie Robot
Bảng 1.7 Thông số Sunfounder Robot
Bảng 1.8 Thông số CartisX04 Robot
Bảng 1.9 So sánh các kết cấu xe dò line
Bảng 2.1 Bảng so sánh các loại cảm biến
Bảng 2.2 Bảng so sánh các giải thuật xử lý tín hiệu điều khiển
Bảng 2.3 Bảng so sánh cách bố trí cảm biến
Bảng 2.4 Bảng so sánh các loại động cơ
Bảng 2.5 Bảng so sánh các loại microchip
Bảng 2.6 Bảng phân cơng cơng việc nhóm
Bảng 3.1 Bảng thông số kỹ thuật yêu cầu
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật động cơ Servo GA25 V1
Bảng 3.3 Bảng danh sách thiết bị cần sử dụng
Bảng 4.1 Bảng giá trị đo thực tế của 1 cảm biến
Bảng 5.1 Thông số analog và số vòng quay động cơ
Bảng 6.1 Bảng sai số thực tế

2
3
4
5
6

7
8
9
10
15
17
18
19
21
23
25
27
28
40
48
56




Đồ án thiết kế cơ điện tử
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. GIỜI THIỆU
Robot dị line là loại robot có thể di chuyển từ nơi này đến nơi khác, bằng cách
robot sẽ nhận biết vị trí tương đối của mình và bám theo đường line đã có. Từ đó giúp
cho Robot dị line có nhiều ứng dụng trong các mơi trường khác nhau như là trong các
q trình chế tạo cơng nghiệp, mang vật đến các địa điểm cụ thể, kho hàng tự động…
Ngồi ra, xe dị line cũng là một đề tài nghiên cứu về kỹ thuật nhận diện, điều khiển
cũng như là đề tài cho nhiều cuộc thi kỹ thuật trên thế giới như là Robot Challenge,
Cosmobot 2012.

Trong phạm vi của đề tài, nhóm hướng đến thiết kế xe đua bám đường hoàn thành
quỹ đạo đường đi định sẵn đảm bảo các yêu cầu đặt ra ra trong đồ án mơn học.
1.2. MỤC TIÊU
Thiết kế và chế tạo xe dị line di chuyển tốc độ cao trên sa bàn có các đặc điểm:
-

Màu sắc đường line: đen.

-

Màu nền: trắng.

-

Bề rộng đường line: 26mm.

-

Bề mặt địa hình di chuyển: phẳng.

-

Sa bàn được thể hiện trên Hình 1.
F

B

R500
END


E

C

A START
R500

D

G

1500
3000

Hình 1.1 Sa bàn di chuyển của robot
Khi bắt đầu, robot được đặt tại vị trí START (điểm A), sau đó robot chạy theo thứ tự
đi qua các điểm nút quy định lần lượt:
(START) A → B → C → D → E → F → C → G → A → C → E (END)

1


Yêu cầu kĩ thuật:
-

Tốc độ di chuyển của robot: tối thiểu 0.2m/s

-

Mỗi robot mang trên người một vật nặng hình hộp chữ nhật có trọng lượng

2𝑘𝑔 với kích thước tối đa của tải trọng (dài x rộng x cao):
200𝑚𝑚 𝑥 100𝑚𝑚 𝑥 300𝑚𝑚.

-

Số lượng bánh xe của robot (bao gồm bánh xe dẫn động và bánh xe bị động)
được chọn tùy thuộc vào thiết kế của các nhóm.

-

Trên robot được trang bị hệ thống cảm biến để giúp robot nhận biết đường line
trên bề mặt sàn/mặt đất và di chuyển bám theo đường line đó. Nhóm sinh viên
tự chọn loại cảm biến phù hợp.

-

Đường kính các bánh xe: 𝑑 ≤ 200𝑚𝑚.

-

Số lượng bánh xe (chủ động + bị động): tùy chọn

-

Kích thước tối đa các chiều của robot (dài x rộng x cao):
300𝑚𝑚 𝑥 220𝑚𝑚 𝑥 300mm

1.3. CÁC MẪU XE DỊ LINE HIỆN NAY
1.3.1. The Chariot Robot


Hình 1.2 The Chariot Robot [1]
Bảng 1.1 Thơng số The Chariot Robot
Giá trị

Đơn vị

Kích thước

145 x 90 x 70

mm

Vận tốc trung bình

1,17

m/s

Trọng lượng

210

gram

Kích thước bánh dẫn động

70 x 8

mm x mm


Cảm biến

QTR-8RC

Hệ thống điều khiển

Vi điều khiển A – Star 32U4 Mini LV


-

Phân tích kết cấu
Xe sử dụng cơ cấu 3 bánh, với 2 bánh sau có gắn động cơ, bánh trước là 1 bánh

bi.

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý của The Chariot Robot
1.3.2. The Pinto Robot

Hình 1.4 The Pinto Robot [2]
Bảng 1.2 Thơng số The Pinto Robot
Giá trị

Đơn vị

Kích thước

210 x 130 x 120

mm


Vận tốc trung bình

0.8

m/s

Trọng lượng

gram

Kích thước bánh dẫn động

60 x 8

mm x mm

Cảm biến

QTR-8RC

Hệ thống điều khiển

A – Star 32U4 Prime

Driver motor

VNH5019 Motor Driver Shield



-

Phân tích kết cấu
Xe sử dụng cơ cấu 3 bánh, vi 2 bánhsau có gắn động cơ, bánh trước là 1 bánh bi.

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý của The Chariot Robot
1.3.3. The Silvestre Robot

Hình 1.6 The Silvestre Robot [3]
Bảng 1.3 Thơng số The Silvestre Robot
Giá trị

Đơn vị

Kích thước

165 x 130 x 60

mm

Vận tốc trung bình

2.45 ÷ 3

m/s

Trọng lượng

400


gram

Kích thước bánh dẫn động

x

Cảm biến

8 cảm biến hồng ngoại

Hệ thống điều khiển

Renasas RX62T

Driver motor

Renasas RX62T

-

mm x mm

Phân tích kết cấu
Xe sử dụng cơ cấu 4 bánh, với 2 bánh sau có gắn động cơ, bánh trước là 2 bánh

bi.


Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý của The Silvestre Robot
1.3.4. Usain Volt 2.0 Robot


Hình 1.8 Usain Volt 2.0 Robot [4]
Bảng 1.4 Thơng số Usain Volt 2.0 Robot
Giá trị

Đơn vị

Kích thước

182 x 132 x 60

mm

Vận tốc trung bình

1,1

m/s

Trọng lượng

295

gram

Kích thước bánh dẫn động

60 x 8

mm x mm


Cảm biến

2QTR-3RC

Hệ thống điều khiển

Vi điều khiển A- Star 32U4 PrimeSV

Driver Motor

-

DRV8838 Single Brush DC Motor Driver
Carrier

Phân tích kết cấu
Usain volt 2.0 sử dụng 2 động cơ điều khiển riêng cho 2 bánh ở phía sau và hai

bánh tự do (hình cầu) ở phía trước.


Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý của Usain Volt 2.0 Robot
1.3.5. Suckbot Robot

Hình 1.10 Suckbot Robot [5]
Bảng 1.5 Thơng số Suckbot Robot
Giá trị
Kích thước


-

x

Đơn vị
x__

mm

Vận tốc trung bình

0.93

m/s

Trọng lượng

300

gram

Kích thước bánh dẫn động

70 x 8

mm x mm

Cảm biến

6QTR-3RC


Hệ thống điều khiển

Arduino Uno

Driver Motor

DRV8833 Dual Motor Driver Carrier

Phân tích kết cấu
Xe sử dụng 2 động cơ điều khiển riêng cho 2 bánh ở phía sau và hai bánh tự do

(hình cầu) ở phía trước.


Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý của Suckbot Robot
1.3.6. Newbie Robot

Hình 1.12 Newbie Robot [6]
Bảng 1.6 Thơng số Newbie Robot
Giá trị
Kích thước

-

x

Đơn vị
x__


mm

Vận tốc trung bình

m/s

Trọng lượng

gram

Kích thước bánh dẫn động

42 x 19

Cảm biến

1QTR-3RC

mm x mm

Phân tích kết cấu
Xe sử dụng 4 động cơ điều khiển riêng cho cả 4 bánh như hình


Hình 1.13 Sơ đồ nguyên lý của New Robot
1.3.7. Sunfounder Robot

Hình 1.14 Sunfounder Robot [7]
Bảng 1.7 Thơng số Sunfounder Robot
Giá trị


Đơn vị

Kích thước

280 x 153 x 83

mm

Vận tốc trung bình

2.7

m/s

Trọng lượng

1089

gram

Kích thước bánh dẫn động
Cảm biến

8 cảm biến dị line

Cảm biến

8 cảm biến dò line


Hệ thống điều khiển

-

x

mm x mm

Parallax Propeller , sử dụng thuật tốn
PID

Phân tích kết cấu
Xe sử dụng 4 động cơ điều khiển riêng cho cả 4 bánh như hình


Hình 1.15 Sơ đồ nguyên lý của Sunfounder Robot
1.3.8. CartisX04 Robot

Hình 1.16 CartisX04 Robot [8]
Bảng 1.8 Thơng số CartisX04 Robot
Giá trị

Đơn vị

Kích thước

175x 153 x 130

mm


Vận tốc trung bình

4

m/s

Trọng lượng

98

gram

Kích thước bánh dẫn động
Cảm biến
-

x

mm x mm

cảm biến dò line

Phân tích kết cấu
Xe sử dụng 2 động cơ điều khiển cho cả 4 bánh như hình


Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý của CartisX04 Robot
Bảng 1.9 So sánh các kết cấu xe dò line

Khả năng


A

B

C

D

2 bánh chủ

2 bánh chủ

4 bánh chủ

4 bánh sử

động, 1 bánh bị động, 2 bánh bị động

dụng skid

động

động

drive

Dễ

Dễ


chuyển

Khó, có bánh

Dễ hơn loại

bị trượt

C

hướng
Độ phức tạp

Đơn giản vì chỉ Đơn giản vì chỉ Phức tạp vì

Đơn giản vì

của việc

có 2 động cơ

chỉ có 2

có 2 động cơ

có 4 động cơ

điều khiển
Độ phức tạp


động cơ
Đơn giản nhất

về kết cấu
Độ ổn định
khi vào cua

Thấp

Phức tạp hơn

Phức tạp hơn

Phức tạp

loại A

loại B

nhất

Cao

Cao

cao


1.4. ĐẶT BÀI TỐN

Từ những thơng tin tổng quan và yêu cầu đề bài, nhóm đã tiến hành thiết kế xe dị
line với những thơng số ban đầu sau:
-

Chon xe có 2 bánh chủ động + 1 bánh đa hướng bị động.

-

Khối lượng xe chưa tải: 2kg

-

Vận tốc tối thiểu đạt được: 0.2 m/s

-

Bán kính cong tối thiểu: 500 mm (theo sa bàn)

-

Sai số dò line trên đoạn thẳng và cong: ±15𝑚𝑚

-

Thời gian tăng tốc mong muốn: 1s


CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ VÀ KẾT CẤU
Yêu cầu đặt ra : Yêu cầu đặt ra: Mục tiêu thứ yếu của xe là tốc độ nên cần xe có

kích thước nhỏ, gọn, đơn giản, chi phí chế tạo phù hợp.Xe mang theo tải 2kg. Xe chỉ
cần bám theo đường con lớn nhất của Sa bàn (R = 500 mm). Xe di chuyển với đường
line liên tục khơng bị đứt đoạn, có khoảng giao nhau tại vị trí A, C, E và rẽ được 90 độ
tại A.
Phương án lựa chọn: Lựa chọn phương án xe dò line 3 bánh theo cấu trúc xe
“Chariot”, với thiết kế đơn giản, gọn, nhẹ, hai bánh chủ động nằm sau và bánh bị động
nằm trước dễ dàng đạt được tốc độ mong muốn


Xe 4 bánh chủ động:
Trên đường thẳng: vận tốc dài của xe sẽ bằng vận tốc dài của mỗi bánh vo = v.
Trên đường cong:
v: vận tốc dài của bánh ngồi. (m/s)
R: bán kính của đường cong. (R = 500 mm)
d: khoảng cách giữa các bánh. (d = 180 mm)

Vận tốc dài của tâm xe:
𝑉√𝑙 2 +
𝑅2
(2.1)
𝑉𝑐 =
= 0,9𝑉
𝑅 +𝑑
2
Khả năng chuyển hướng: cơ cấu 4 bánh chủ động có khả năng quay quanh tâm
cực tốc bằng cách điều khiển tốc độ góc và chiều quay cho mỗi bánh => Khả năng
chuyển hướng tốt.
Độ ổn định khi chuyển hướng: Vì cả bốn bánh xe đều truyền lực như nhau, thay
vì chỉ có ha bánh truyền lực nên tải trọng trên mỗi lốp xe sẽ giảm đi => Có thể sử
dụng lực quay vịng của các lốp có hiệu quả => Sự quay vòng rất ổn định.



Xe 3 bánh ( 2 chủ động trước, 1 bị động sau)
Cơ cấu không ảnh hưởng đến vận tốc thẳng. Vận tốc của xe bằng với vận tốc

tâm mỗi bánh xe chủ động
Vận tốc trên đường cong: Tương tự trường hợp 4 bánh chủ động.


Khả năng chuyển hướng: Xe có thể chuyển hướng quanh trung điểm trục chủ
động với vận tốc góc w=v/r , có thể chuyển hướng 90o, Khả năng chuyển hướng
của xe là rất tốt.


Xe 3 bánh (2 chủ động sau, 1 bị động trước)
Vận tốc trên đường thẳng: Cơ cấu không ảnh hưởng đến vận tốc thẳng. Vận tốc

của xe bằng với vận tốc tâm mỗi bánh xe chủ động.
Vận tốc trên đường cong: Tương tự trường hợp 4 bánh chủ động
Khả năng chuyển hướng:
Xe có thể chuyển hướng quanh trung điểm trục chủ động với vận tốc góc w=v/r,
có thể chuyển hướng 90o , Khả năng chuyển hướng của xe là rất tốt.
 Kết luận: Chọn phương án 3 bánh (2 bánh chủ động sau, 1 bánh bị động trước)

Hình 2.1 Thiết kế cơ khí của xe
2.2. CẢM BIẾN
2.2.1. Phương pháp dùng camera


Nguyên lý:

Hình ảnh đường đua thực tế được lấy từ camera, sau đó xử lí và đưa ra tín hiệu

điều khiển (robot của đội đua Johny – 5 tham dự cuộc thi Intelligent Ground
Vehicle Competition[a] và cuộc thi Cuộc đua số do FPT tổ chức).

Hình 2.2 CMUcam5 [9]


2.2.2. Phương pháp dùng hồng ngoại


Nguyên lý:
Led hồng ngoại sẽ giảm nội trở khi có bức xạ hồng ngoại chiếu vào. Bức xạ

hồng ngoại từ led phát gặp màu đen của đường line sẽ phản chiếu lại được led thu
tạo ra tín hiệu điện áp, kết hợp nhiều cặp led hồng ngoại thu phát và xử lý tín hiệu
điện áp đọc về ta biết được vị trí tương đối của xe so với đường line.
Một số loại cảm biến thường dùng: Các cảm biến TSOP382, TSOP384, …để
thu sóng IR, các module QTRX-HD-07, QTR-8, QTR-1, TCRT5000, ….có thể thu
phát và xử lý tín hiệu từ đường chạy.Các sensor có thể tích hợp thành dãy hoặc để
rời.

Hình 2.3 Các loại cảm biến thông dụng
Hàng 1 : QTRX-HD-07 [10] , QTR-HD-07
Hàng 2 : QTR-3A [11], QTR-1A [12], QTR-L-1 [13]
Hàng 3 :QTR-8RC [14]
2.2.3. Phương pháp dùng cảm biến quang (photoresistor)


Nguyên lý

Được dùng hầu hết trong các robot dò line hiện nay (đội đua Pika và các robot

của cuộc thi Line Follower RobotChallenge[c]). Ngoài ra ở các cuộc thi robocon,
đội Lạc Hồng cũng hay sử dụng cảm quang điện trở và photo-transistor kết hợp với
LED. Hai loại cảm biến này có nguyên tắc hoạt động giống nhau, bộ thu sẽ thu tín
hiệu ánh sáng phản xạ từ mặt đường do bộ phát là LED.
Đối với các loại cảm biến quang, tín hiệu tương tự từ cảm biến sẽ được hiệu
chuẩn và xử lí bàng các giải thuật so sánh hoặc xấp xỉ [f] để tìm ra vị trí tương đối
của robot dị line với tâm đường line.


Hình 2.4 Nguyên lý làm việc của cảm biến quang [15]
2.2.4. Phương pháp dùng cảm biến phototransitor


Nguyên lý
Phototransistor sẽ nhận ánh sáng phản chiếu của led phát, với màu nên khác

nhau, cường độ dòng điện qua phototransistor thay đổi. Xử lý tín hiệu điện áp đọc
về sẽ xác định được vị trí line.

Hình 2.5 Phototransistor [16]
Bảng 2.1 Bảng so sánh các loại cảm biến
Loại cảm biến
Camera

Giá
thành
Đắt


Ưu điểm

Nhược điểm

Độ chính xác cao và

Cần xử lý nhiều, địi hỏi bộ

ít bị nhiễu

xử lý phải nhanh nếu không
sẽ giảm tốc độ của xe.

Cảm biến hồng
ngoại

Rẻ

Giải thuật xử lý đơn

Dễ bị nhiễu

giản

Tốc độ đáp ứng chậm
( 40𝑢𝑠).
Sai số lớn