Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ROBOT ĐÁNH CẦU LÔNG

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ROBOT ĐÁNH CẦU LÔNG

Tải bản đầy đủ

Các nhà nghiên cứu của Trung tâm công nghệ cơ điện tử (FMTC) Flanders ở
Leuven, Bỉ vừa phát triển thành công 1 loại rô bốt mới có thể chơi cầu lông cùng với
con người.

Hình 2.1: Robot đánh cầu lông của các nhà khoa học Bỉ chế tạo [8]
Robot này sử dụng hệ thống tầm nhìn 3 chiều (3D), có thể theo dõi quả cầu lông
từ các góc ngắm khác khau. Khi đã xác định được vị trí của quả cầu, phần mềm của
robot sẽ có nhưng thuật toán tối ưu dự đoán hướng đi của nó. Và cuối cùng robot sẽ
đỡ quả cầu theo hướng đoán. Robot này có thể đánh chặn cầu lông với tốc độ
400km/h, thời gian đánh trả cũng rất nhanh, chỉ 1 phần nhỏ trên giây. Giám đốc
phụ trách kỹ thuật của trung tâm công nghệ cơ điện tử (FMTC) Wim Symens cho
biết: “Chúng tôi quyết định tạo ra 1 robot chơi cầu lông mới để chứng minh các
công nghệ mới mà chúng tôi đang phát triển. Con robot này là bằng chứng thuyết
phục cho thấy công nghệ của chúng tôi rất có ích trong thực tế. Robot chơi cầu lông
chưa từng xuất hiện trước đó, nhưng bây giờ mọi người có thể tận mắt ngắm nhìn
và chơi cầu lông với nó”[3].
2.2.2 Sự phát triển của robot đánh cầu lông tại Việt nam
Ứng dụng robot vào trong lĩnh vực thể thao là 1 ứng dụng khá mới đối với Việt
Nam. Các mô hình robot ở Việt Nam nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở dạng những
chiếc máy hỗ trợ người chơi mới học và ở các cấp độ dễ chưa có những con robot có
tính năng thông minh giúp tăng các cấp độ khó khi đánh.

11

Về nghiên cứu về các robot đánh cầu lông ờ Việt Nam các đề tài cũng chỉ dừng
lại ở các thí nghiệm nghiên cứu của sinh viên chứ chưa được đưa vào thực tế để
ứng dụng do cần 1 số yêu cầu riêng để ứng dụng bên ngoài.
Bạn sinh viên Bạch Văn Thành, khoa Cơ – Điện – Điện tử (trường Đại học Công
nghệ TPHCM – Hutech) năm 2011 đã nghiên cứu và làm ra 1 robot đánh cầu lông
nhưng chỉ mới thực hiện được nhiệm vụ phát cầu và dùng cho những người mới
chơi[5].

Hình 2.2: Robot phát cầu lông do bạn Thành chế tạo[8]
Năm 2015 cuộc thi sáng tạo robot Châu Á Thái Bình Dương tổ chức tại
Indonesia đã chọn luật chơi là sáng tạo các robot đánh cầu lông để thực hiện các
nhiệm vụ được đưa ra trong luật. Sân chơi này giúp các sinh viên có thể thỏa sức
với các sáng tạo của mình và cũng có thể những robot này sẽ được ứng dụng ở
trong thực tế chứ không chỉ dừng lại ở một cuộc thi.

12

2.3 Các bài toán di chuyển
Việc giải quyết bài toàn di chuyển là quan trọng nhất đối với robot đánh cầu
lông để làm sao cho robot di chuyển linh hoạt nhất trên sân, giúp cho người điều
khiển dễ điều khiển và nâng cao thêm độ chính xác khi đánh và đỡ cầu…
Sân thi đấu nhỏ nên yêu cầu di chuyển sao cho linh hoạt và không bị chạm vào
vạch sân và không di chuyển ra ngoài sân hay va chạm robot của đội mình với nhau.
Trên robot đánh cầu lông sẽ có các chế độ điều khiển bằng tay, bán tự động hoặc
tự động mà không cần thông qua tín hiệu điều khiển từ người điều khiển, tùy thuộc
và chiến thuật cảu đội.
Robot sẽ được gắn thêm các cảm biến để giúp cho robot di chuyển linh hoạt và
thông minh hơn trong khi hoạt động.
Hệ thống mạch điều khiển được sử dụng chip ARM thê hệ thứ 4 có tốc độ xứ lý
nhanh giúp robot đáp ứng tốt các tín hiệu điều khiển, mạch điều khiển các động cơ
là mạch driver PID do trường Lạc Hồng phát triển có khả năng băm xung đảo chiều
tốc độ của động cơ, đặc biệt với chức năng hãm chính xác vị trí.
2.4 Giới thiệu về kết cấu cơ khí
Các cụm bánh di chuyển là sử dụng các bánh OMNI đa hướng giúp robot có thể
di chuyển linh hoạt. Các bánh omni có cấu tạo đặc biệt mỗi lớp có 8 bánh vệ tinh ,
tất cả các bánh vệ tinh và bánh lớn đều dùng bạc đạn loại tốt nên độ bền cao và
giảm ma sát tối đa .
Cơ cấu truyền động đảm bảo tốc độ cao mà vẫn giữ được độ chính xác giúp
robot di chuyển linh hoạt. Các cơ cấu phát cầu và đỡ cầu truyền động bằng xi lanh
sẽ đảm bảo gai tốc tốt giúp quả cầu có thể bay sang sân đối phương.
2.5 Giới thiệu về phương pháp điều khiển
Là loại điều khiển có dây, đảm bảo dữ liệu truyền ổn định và tốc độ truyền cao.
Với phương thức giáo tiếp là truyền thông SPI đảm bảo độ xác thực của dữ liệu và
không bị mất dữ liệu trong lúc truyền.
Ưu điểm:
Truyền với tốc độ cao.
Tránh được các nhiễu không mong muốn đối với truyền thông có dây do
truyền nhận được phản hồi liên tục.
Nhược điểm:
13

Do là truyền thông có dây nên hạn chế về khoảng cách truyền. Và mất 6 dây
để điều khiển. Do phải đứng ngoài sân nên cần dây có khoảng cách khá xa.
Khắc phục nhược điểm:
Dùng thuật toán chống nhiễu cho tay PS để khắc phục cho tình trạng dây dài
dễ mất tín hiệu điều khiển.

14

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
3.1 Xây dựng sơ đồ khối hệ thống

Tay PS2
Nguồn
năng
lượng 1

Vi điều khiển

Chú thích:

Mạch driver PID
(1, 2, 3, 4)

Mạch van khí
(1, 2, 3, 4, 5)

Động cơ

Van khí

(1, 2, 3, 4)

(1, 2, 3, 4, 5)

Bánh

Các xilanh

(1, 2, 3, 4)

(1, 2, 3, 4, 5)

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống
Liên kết năng lượng
Liên kết điện, tín hiệu
Liên kết cơ khí
Khối điện, điện tử
Khối cơ khí
15

Nguồn
năng
lượng 2



Khối nguồn
Khối nguồn 1 dùng để cung cấp duy trì hoạt động cho tay cầm điều khiển và cảm
biến, do đó ta sử dụng cảm biến 3V.
Yêu cầu:
-

Khối nguồn có sự ổn định cao về dòng và điện áp
Đảm bảo dễ dàng nạp điện cho khối nguồn.
Có thời gian sử dụng sau 1 lần nạp từ 5-6 giờ.
Có thể tháo rời và lắp lẫn.

Khối nguồn 2 dùng để cấp nguồn cho mạch điều khiển lắp trên robot, mạch công
suất, và động cơ điện, do đó ta sử dụng nguồn 24v cấp cho động cơ điện rồi sử dụng
mạch hạ áp để cấp cho mạch điều khiển và mạch công suất.
Yêu cầu:
-

Khối nguồn có sự ổn định cao về dòng và điện áp.
Có khối lượng và kích thước khuôn khổ nhỏ để có thể lắp trên robot.
Đảm bảo dễ dàng nạp điện cho khối nguồn.
Có thời gian sử dụng sau 1 lần nạp từ 5-6 giờ.
Có thể tháo rời và dễ dàng kết nối lại với thân robot.

Từ đó ta chọn khối nguồn1 là pin li-po, nguồn 2 là Ắc quy.
 Khối cảm biến

Dùng các cảm biếm quang để sử dụng trên robot để biết được các trạng thái của
robot, giúp giữ trạng thái robot được ổn định. Tránh tình trạng trượt trong lúc di
chuyển.
Cùng với đó loại cảm biến tiệm cận để biết được thời điểm phát cầu có thể lập
trình cho robot có những cú phát hiểm hóc, và chính xác.
Yêu cầu:
Tín hiệu của cảm biến ra tỉ lệ tuyến tính với xung ra của cảm biến.
Thích ứng và thuận tiện với sơ đồ đo lường kiểm tra.
Có độ nhạy cao và sai số nhỏ.
Ảnh hưởng ít nhất tới đại lượng đầu vào.
 Tay điều khiển.
-

Tay điều khiển có nhiệm vụ kích hoạt và yêu cầu tới bộ xử lí thực hiện các lệnh
tương ứng.
Yêu cầu:
-

Tốc độ xử lý và truyền cao để có thể thực hiện các chế độ hoạt động của robot

một cách nhịp nhàng nhất, đặc biệt là khả năng kháng nhiễu.
 Khối xử lý tín hiệu
16