ROBOT DÒ ĐƯỜNG SỬ DỤNG BỘ SO SÁNH - LINE FOLLOWING ROBOT BASE ON SANDWICH BOT

I. Giới thiệu.
Robot dò đường là 1 trong những loại robot cơ bản, ở bài trước, chúng ta đã tìm hiểu loại robot đi theo đường kẻ màu đen. Hành vi của robot có được do sự chênh lệch độ sáng chiếu vào 1 trong 2 quang trở dẫn đến sự chênh lệch dòng điện phân cực transistor khiến động cơ tương ứng thay đổi vận tốc.
Bài viết này cung cấp 1 thay đổi nhỏ, có phần tiến bộ hơn trước, đó là sự so sánh tính hiệu do cảm biến quang đưa vào, từ đó điều khiển 2 động cơ.
Robot này có thể đi theo vạch đen hoặc trắng tùy chỉnh.
Robot này nguyên mẫu được thực hiện bởi David Cook ở website: ROBOT ROOM
Bài viết sử dụng sơ đồ nguyên lý của David Cook, tuy nhiên 1 số chú giải sẽ tập trung khai thác nguồn linh kiện sẵn có ở Việt Nam. Loại robot này đã được nhiều người ở nhiều nơi thực hiện thành công, các bạn có thể tham khảo thêm tại các địa chỉ site sau:
http://www.fastcharged.org/robotics/firstrobot  
http://robots.cactusflower.org/robot-guts


II. Bộ so sánh LM393 - bộ não của robot
Bộ so sánh là 1 opamp (bộ khuếch đại thuật toán) chuyên dùng. Nó so sánh điện áp ở 2 ngã vào và cho kết quả ở ngã ra. Bộ so sánh có 2 ngã vào, ngã vào đảo và ngã vào không đảo. Nếu điện áp ngã vào đảo lớn hơn ngã vào không đảo thì ngã ra ở mức thấp. Ngược lại, nếu điện áp ngã vào đảo nhỏ hơn điện áp ngã vào không đảo thì ngã ra ở mức cao.
Các bạn có thể bố trí thí nghiệm sau để kiểm chứng hoạt động của bộ so sánh.

Điều chỉnh biến trở để thay đổi điện áp cấp vào ngã vào không đảo để khảo sát tín hiệu ngã ra, với led sáng nghĩa là ngã ra có trạng thái cao và ngược lại.

Điều cuối cùng là quan tâm đến sơ đồ chân của IC LM393 là IC tích hợp sẵn 2 bộ so sánh. Khi sử dụng thì điều đầu tiên là cấp nguồn cho IC và dùng đúng các ngã vào ngã ra theo bố trí trên sơ đồ nguyên lý.

 

III. Sơ đồ nguyên lý và hoạt động.
 
Nguyên lý hoạt động:
+Khối cảm biến bao gồm: các quang trở R1, R2, R3, R4, biến trở R5 và điện trở R6. Mục đích là tạo 1 cầu phân thế phụ thuộc vào ánh sáng và có thể điều chỉnh được. Khi một trong 2 bên bị giảm hoặc tăng cường độ sáng thì điện thế cấp vào các chân opamp cũng sẽ thay đổi, và dựa vào đặc tính opamp các bạn đã tìm hiểu ở trên, ta hoàn toàn lý giải được hoạt động của mạch điện.
+Khối xử lý bao gồm một IC LM393, IC này có chứa 2 bộ so sánh được mắc như sơ đồ, ngõ ra dùng để kích transistor cấp nguồn cho bộ led chỉ thị và động cơ robot. 
+Khối chấp hành là 2 động cơ với 2 diode FR107 dùng để bảo vệ transistor khỏi dòng điện cảm ứng sinh ra bởi 2 động cơ này.
+Công tắc SW1 dùng để chọn màu đường vẽ, nếu đường vẽ màu đen thì vị trí 1 và 3 được bật, nếu đường vẽ mà trắng thì vị trí 2 và 4 được bật. Nguyên lý của việc này thật ra là sự đổi chỗ của 2 động cơ để có thể thích nghi với màu mới của đường vẽ.
+Hai bộ 6 led ở 2 bên sườn có nhiệm vụ chỉ thị ngã ra, lưu ý, do sử dụng loại transistor PNP nên khi ngã ra mức thấp thì led sáng và ngược lại. Loại transistor sử dụng là loại công suất nhỏ - A1015, các bạn nên thay thế nó bằng loại lớn hơn như A1013, hay TIP127.
+Motor sử dụng loại có hộp số và điện thế làm việc khoảng  5 Volt. Nếu khó kiếm loại motor có hộp số, bạn có thể sử dụng dàn cơ của ổ CD rom hư để làm động cơ. Lưu ý trong ổ CD rom chỉ có motor làm nhiệm vụ đẩy khay đĩa là động cơ DC còn lại đều là động cơ bước. Loại motor này có lực kéo khá mạnh, các bạn có thể tận dụng thêm bánh răng hoặc pulley của ổ CD để làm bộ giảm tốc. 

 

 +Nguồn điện của mạch là pin 9 Volt hoặc hộp 6 pin AA.

 IV. Bắt đầu chế tạo

1. Mạch điện.

Để bắt đầu, bạn nên bố trí tất cả linh kiện lên breadboard(bản mạch không hàn) để kiểm tra hoạt động của mạch.

 

Khi đã thử nghiệm hoàn chỉnh, các bạn có thể lựa chọn theo 2 hướng: hàn tất cả trên 1 test board hoặc chế tạo mạch in. Sau đây là bố trí linh kiện tham khảo.

Mặt trên mạch in

Mặt dưới mạch in

Các bạn có thể click vào đây để tải file mạch in được tạo bằng phần mềm Express PCB.

Lưu ý: nếu các bạn thực hiện mạch trên test board, các bạn nên tách khối cảm biến ra riêng 1 board để dễ dàng bố trí. 

 

2. Xây dựng phần khung

Bộ khung và truyền động sử dụng chủ yếu là linh kiện lấy trong dàn cơ của ổ CD. Vì khó tìm được động cơ đủ mạnh. Vì vậy thiết kế này hơi khác so với mẫu nguyên thủy được giới thiệu ở website Robot Room. Nó là sự tổng hợp từ nhiều nguồn thông tin để tiện cho các bạn tham khảo và lựa chọn linh kiện. Các phụ tùng thêm vào các bạn có thể tìm ở bất kỳ cửa hàng kim khí nào.

Bộ khung trên thiết kế.

1. Bệ dưới.

2. Bánh lái trước, bánh xe tự do.

3. Bánh xe chủ động gắn với pulley (puli) lớn .

4. Động cơ gắn pulley nhỏ.

5. Bệ trên.

6. Giá đỡ động cơ.

7. Hộp 6 pin AA.

8. Động cơ.

Động cơ DC lấy từ ổ CD ROM đã gắn giá đỡ.

Bộ khung hoàn tất. 

Hãy chắc rằng robot đi không quá nhanh để kịp phản ứng với hình dạng đường vẽ. Hãy quan sát mẫu robot nguyên thủy:

Điều cuối cùng để hoàn thành robot là 1 chút cải tiến tùy vào khả năng và nguồn linh kiện của các bạn. Hãy thử nghiệm nhiều lần để đạt được kết quả tốt nhất. Về việc điều khiển động cơ sao cho hiệu quả nhất các bạn nên xem bài viết tổng hợp về điều khiển động cơ sẽ cập nhật sớm nhất trên website này.