Luận văn Xe hai bánh tự cân bằng di chuyển trên địa hình phẳng ( Đại học quốc gia thành Phố Hồ Chí Minh)

Bài luận văn xuất phát từý tưởng đã được thương mại hóa của công ty Segway: kết hợp ý tưởng vềcách giữthăng bằng của con người trên đôi chân và độcơ động trong di chuyển của các loại xe di chuyển bằng bánh. Thông quabài nghiên cứu,ta có thểphần nào nắm bắt những ý tưởng giữthăng bằng cho các loại humanoid robot (robot dạng người), cách phối hợp và xửlýtínhiệu tốt nhất từcảm biến. Tuy vậy, giá thành của sản phẩmSegwaykhông rẻ(khoảng 5000USD/xe) do chi phí rất cao từcác cảm biến đã được tích hợp vàxửlývới độchính xác và tin cậy cao (khoảng 900USD/bộ). Do vậy, chúng ta sẽtìm cách kết hợp các cảm biến riêng lẻvới giá thành thấp (4- 40USD/cảm biến) và xửlý tín hiệu cảm biến của chúng đểcó được các tín hiệu tinh khiết và chính xác nhưmong muốn với giá thành không cao. Mô hình là một chiếc xe có hai bánh được đặt dọc trục với nhau (khác với xe đạp là trục củahai bánh xe song song). Trên môhình sửdụng các cảm biến để đo góc nghiêng của thân xe, vận tốc quay (lật) của sàn xe quanh trục bánh và vận tốc di chuyển của xesovới mặt đất. Nhờcác cảm biến này, xe sẽcó thểtựgiữthăng bằng và di chuyển. Với cấu trúc này, trọng tâm của mô hình phải luôn nằmtrong vùng đỡcủa bánh xe (supporting area) đểcó thểthăng bằng khi di chuyển ởmọi bềmặt từ đơn giản đến phức tạp. Trong hệthống các cảm biến, đểloại trừcác tín hiệu nhiễu từhệthống và nhiễu từtín hiệu đo,sai sốcủa ngõ ra, đồng thời có thể ước lượng chính xác giá trị đo trong tương lai của cảm biến cũng nhưkết hợp các tín hiệu, bộlọc Kalman được nghiên cứu và sửdụng nhằm cho một kết quảtối ưu vềtình trạng của xe gồm góc nghiêng, vận tốc quay của xe từmôhình và các cảm biến thành phần. Nói cách khác, hệthống xửlý tín hiệu và lọc Kalman là công cụ đểbiến các cảm biến đơn giản, giá rẻthành tập hợp cảm biến cógiá trịtrong hệthống. Từcác tín hiệu đo, thông quamột số đại lượng đặc trưng của môhình (khối lượng, chiều dài, chiều cao vật, đường kính bánh )ta sẽtính được momenquántính nghiêng (lật của mô hình), từ đó đưa ra các giá trị điều khiển phù hợp cho các bánh xe đểgiữcho môhình luôn đứng vững hoặc di chuyển với một vận tốc ổn định. Toànbộmôhình được điều khiển bằng một vi điều khiển PIC 18F452. Đâylà thếhệtương đối cao cấp của họPIC cóthểxửlý và thực thi chương trình ởtốc độcao (đạt đến 10MIPs) trong việc tính toán các giá trịcảm biến và đưa ra bộtruyền động (động cơ điện). Bộvi điều khiển đóng vai trò thứnhấttrong đềtài nhưmột bộlọc Kalman với tín hiệu vào từthiết bịinclinometer và gyro. Với các dữliệu vềgóc đã xử Trang 1 SVTH: Mai Tuấn Đạt Chương 1 Tổng quan lý và tín hiệu hồi tiếp vềvịtrí đo encoder đưa về(incremental encoder), vai trò thứhai của vi điều khiển trong đềtài sẽtính toán và đưa ra tín hiệu điều khiển bộtruyền động, đến bánh xe đểgiữthăng bằng/di chuyển, đi thẳng, quay, quẹo. Đây là một phương tiện vận chuyển mới tại các thành phốtrong tương lai với nhiều ưu điểm: gọn,nhẹ, ít chiếm diện tích đường phố, dễmang vác, tháo lắp và vận chuyển,nhiên liệu sạch, dễ điều khiển cho người lớn và trẻem, đi được trên một số địa hình phức tạp.