Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG

Tải bản đầy đủ



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

Khối xử lý tín hiệu được đặt ở thân Robot có nhiệm vụ nhận tín hiệu điều khiển
từ tay điều khiển, từ đó giải mã tín hiệu điều khiển thành các xung rồi gửi cho mạch
công suất để thực hiện các chức năng.
Yêu cầu:
-

Tốc độ xử lý cao có bộ nhớ chương trình đủ lớn để lưu các chế độ hoạt động

của Robot.
- Tích hợp sẵn bộ biến đổi ADC.
- Có sẵn các kênh băm xung PWM.
- Các bộ Timer/couter mạnh với độ phân giải lên đến 32bits.
 Mạch khuếch đại công suất
Mạch khuếch đại công suất có nhiệm vụ tạo ra một công suất đủ lớn để kích
tải.công suất có thể từ vào tram mw đến vài tram watt. Như vậy mạch công suất
làm việc với biên bộ lớn ở ngõ vào.
Yêu cầu:
-

Cung cấp 1 công suất ổn định cho động cơ.
Có độ bền và tuổi thọ cao.
Ít tỏa nhiệt.
Tản nhiệt tốt.

Từ những yêu cầu đặt ra tan chọn mạch khuếch đại công suất là mạch cầu H sử
dụng mosfet.
 Động cơ điện

Động cơ điện là bộ phận quan trong nhất quyết định khả năng di chuyển của
robot
Yêu cầu:
-

Đảm bảo công suất ổn định để robot có thể di chuyển dễ dàng và có thêm tải

-

trọng từ 10-15kg khi di chuyển.
Động cơ nâng các cơ cấu của robot càng phải có tải trọng và đảm bảo công

suất để có thể các cơ cấu hoạt động ổn định.
- Hoạt động ổn định và có tuổi thọ cao.
 Cơ cấu truyền động.
Để đảm bảo di chuyển tốt ta chọn bộ truyền đai để truyền momen từ trục động
cơ đến các bánh đa hướng giúp robot di chuyển linh hoạt.
 Cơ cấu chấp hành

17

Cơ cấu chấp hành chủ yếu của robot đánh cầu lông là các bộ truyền đai để giúp
robot di chuyển, cùng với các dàn vợt để giúp robot thực hiện các công việc phát, đỡ
cầu khi hoạt động.
Với những yêu cầu đó nhóm thiết kế đã chọn vật liệu để làm các cơ cấu lại Inox
có độ bền và tuổi thọ cao và độ chịu va đập tốt.
3.2 Xây dựng mô hình hệ thống cơ khí
3.2.1 Yêu cầu
Mô hình cơ khí đảm bảo được các yêu cầu và chức năng của robot cụ thể như
sau:
-

Thiết kế mô hình cơ khí đảm bảo chắc chắn, gọn, khối lượng nhẹ, bền và ổn

-

định trong quá trình di chuyển.
Các cơ cấu truyền chuyển động yêu cầu độ chính xác cao nhằm mục tiêu hạn

-

chế tối đa công suất động cơ.
Thiết kế mô hình đảm bảo vị trí của các cơ cấu chấp hành và vị trì lắp đặt

-

mạch điều khiển là hợp lý nhất.
Robot phải có tính thẩm mỹ cao.
Đảm bảo giá rẻ, giảm tối đa chi phí.

3.2.2 Thành phần chính của robot
Thành phần của robot bao gồm:
-

Phần cơ khí: khung robot, các cụm bánh, cơ cấu truyền động quay bánh, cơ
cấu truyền động nâng hạ cơ cấu bắn và bộ giảm tốc, bộ giảm rung, phần thân

-

robot.
Phần điện-điện tử: tay điều khiển, mạch xử lý, mạch công suất, mạch nguồn,
driver.

3.3 Phân tích động học của robot

18

Hình 3.2: Vị trí 4 bánh omni
Phân tích động học robot:
Đế hình vuông, sử dụng bánh xe OMNI, di chuyển linh hoạt, đa hướng
Với thiết kế 4 bánh Omni được gắn vào bốn đầu của hình vuông có thể chạy đa
hướng một cách nhanh chóng, dễ dàng xoay sở trong những khu vực nhỏ.
Bánh Omni cho phép di chuyển theo hướng tới và hướng ngang dễ dàng hơn. Các
bánh lăn của Omni được chế tạo bằng nhựa có độ bám cao nên tốc độ chạy trên sân
thi đấu rất nhanh.
Cách bố trí 4 bánh như hình 3.2.
Cách di chuyển và lập trình:

19

4

1

θ

3

2

Hình 3.3: Di chuyển quay vòng bên trái
Trong đó:


x, y, θ – là vị trí của Robot trong mặt phẳng (x, y) và θ là góc được tạo bởi







trục x và vecter Vi;
d [m] – là khoảng cách từ bánh xe đến tâm Robot;
V0, V1, V2, V3 [m/s]– lần lượt là vận tốc dài của bánh 1, 2, 3, 4;
ω 0, ω 1, ω2, ω3 [rad/s]– lần lượt là vận tốc góc của bánh 1, 2, 3, 4;
Vi, Vn [m/s] – là vận tốc dài của Robot;
ω [rad/s] – là vận tốc góc của Robot;

Trong cơ cấu truyền động, đó là sự hợp nhất của 3 thành phần (x, y, θ) và vận
tốc tổng hợp:
Vx(t)=

(3.1)

Vy(t)=

(3.2)

=

(3.3)

20

Theo [7] phương trình trạng thái nêu lên mối liên hệ giữa Vx và Vy và vận tốc
dài của Vi và Vn trong Robot.
(3.4)
Từ đó ta có mỗi quan hệ giữa vận tốc của bánh V 0, V1, V2, V3 với vận tốc của
Robot V, Vn, ω được diễn tả bởi ma trận sau:
(3.5)
Nó có thể nêu nên mối quan hệ giữa vận tốc của Robot và vận tốc của bánh xe
và được nêu ở ma trận trên. Nó có thể xách định bởi công thức:
Vi(t)=.(V3(t)-V1(t))

(3.6)

Vn(t)=.(V0(t)-V2(t))

(3.7)

(t)=.(V0(t) + V1(t) + V2(t) + V3(t))

(3.8)

Tử (3.3) (3.4) (3.5) => để robot chuyển động quay quanh tâm về hướng bên
trái cần phải điều khiển 4 bánh quay đồng tốc và ngược chiều kim đồng hồ.

Tương tự ta có mô hình điều khiển robot tiến: động cơ 1 quay thuận chiều
kim đồng hồ, động cơ 2 quay thuận chiều kim đồng hồ, động cơ 3 quay ngược chiều
kim đồng hồ, động cơ 4 quay ngược chiều kim đồng hồ, 4 động cơ quay đồng tốc.

21

4
1

2

3

Hình 3.4: Di chuyển thẳng về phía trước

Tương tự ta có mô hình điều khiển robot tiến: động cơ 1 quay ngược chiều
kim đồng hồ, động cơ 2 quay ngược chiều kim đồng hồ, động cơ 3 quay thuận chiều
kim đồng hồ, động cơ 4 quay thuận chiều kim đồng hồ, 4 động cơ quay đồng tốc.

22

1
4

2

3

Hình 3.5: Di chuyển thẳng về phía sau

23

Tương tự ta có mô hình điều khiển robot tiến: động cơ 1 quay ngược chiều
kim đồng hồ, động cơ 2 thuận chiều kim đồng hồ, động cơ 3 quay thuận chiều kim
đồng hồ, động cơ 4 quay ngược chiều kim đồng hồ, 4 động cơ quay đồng tốc.

1
4

2

3

Hình 3.6: Di chuyển thẳng sang bên phải

24

Tương tự ta có mô hình điều khiển robot tiến: động cơ 1 quay thuận chiều
kim đồng hồ, động cơ 2 ngược chiều kim đồng hồ, động cơ 3 quay ngược chiều kim
đồng hồ, động cơ 4 quay thuận chiều kim đồng hồ, 4 động cơ quay đồng tốc.

1
4

3

2

Hình 3.7: Di chuyển thẳng sang bên trái

25

Tương tự ta có mô hình điều khiển robot tiến: động cơ 2 thuận chiều kim
đồng hồ, động cơ 4 quay ngược chiều kim đồng hồ, 2 động cơ quay đồng tốc.

1

4

3

2

Hình 3.8: Di chuyển chéo xuống góc bên phải

26