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.

»»  Đọc Tiếp

ROBOT DÒ ĐƯỜNG ĐƠN GIẢN

I. Giới thiệu
Robot dò đường là loại robot có thể đi theo 1 đường vẽ hay có thể là băng dính đen...
Bài viết này giới thiệu với các bạn 1 loại robot dò đường đơn giản chỉ sử dụng linh kiện điện tử thông thường, chưa dùng đến IC hay các linh kiện cao cấp hơn.

 

II. Nguyên lý hoạt động của robot dò đường.

Thật ra, robot dò đường là 1 biến thể đặc biệt của robot hướng sáng. Sở dĩ nói như vậy là do chúng có cùng nguyên tắc hoạt động là sử dụng cảm biến quang điện ( quang trở hoặc diode hồng ngoại) để so sánh cường độ sáng từ đó điều chỉnh hướng đi thích hợp.
Tuy nhiên, ở robot dò đường, cảm biến được bố trí gần mặt đường và nguồn sáng để so sánh lúc này do chính robot tạo ra. Nhưng do đâu lại có sự sai lệch về cường độ sáng. Câu trả lời nằm ở đường vẽ, đường vẽ này có tính chất khác với xung quanh, thường thì nó có màu đen để hấp thụ ánh sáng. Khi robot đi lệch vào vùng có vạch vẽ, ánh sáng phát ra từ robot không phản xạ lại như bình thường mà bị đường kẻ hấp thụ 1 phần làm sai lệch độ sáng giữa 2 cảm biến. Việc còn lại là thiết kế sao cho robot có hành vi khắc phục sự sai lệch đó và ta có được loại robot đi theo đường vẽ.
 Nhiệm vụ của các cảm biến quang được mô tả như hình sau:

 

 Căn cứ vào hoạt động trên, mạch được thiết kế đơn giản như sau:

Mạch gồm 2 transistor công suất nhỏ để điều khiển cấp dòng cho động cơ, biến trở 10k và quang trở tạo thành điện trở phân cực cho transistor. Khi cường độ sáng lớn, quang trở dẫn mạnh nên cường độ dòng cấp cho động cơ cũng lớn theo. Khi cường độ sáng yếu đi, quang trở dẫn điện kém nên cường độ dòng cấp cho động cơ cũng giảm. Hai biến trở có nhiệm vụ điều chỉnh độ nhạy cảm biến quang điện.

Ở mạch này transistor có thể thay thế bằng loại tương đương như C1815, nếu động cơ lớn thì dùng các loại transistor công suất lớn hơn như TIP120, TIP122.

Mạch trên được sử dụng để theo dõi, định vị đường vẽ thông qua 2 cặp thu phát ánh sáng là led và quang trở. Các bộ cảm biến được bố trí như sau:

 Trong mạch điện, diode 1N4148 dùng bảo vệ transistor khỏi sức điện động tạo ra bởi các cuộn dây của động cơ. Việc sử dụng mạch này thành công hay không phụ thuộc vào việc chọn động cơ.

Hãy chọn những động cơ có hộp giảm tốc vì vài lý do sau:

+Quang trở có phản ứng chậm, nếu dùng động cơ tốc độ quay cao robot sẽ không phản ứng kịp để điều chỉnh hướng đi.

+Dòng cấp bởi transistor không lớn, nếu động cơ không có hộp giảm tốc có thể không hoạt động đúng công suất gây cháy transistor.

Vì vậy lựa chọn động cơ có hộp giảm tốc quay càng chậm càng tốt.

Khi cảm biến bên trái gặp đường vẽ đen, động cơ bên phải chậm lại, vì vậy robot sẽ hướng sang trái, và ngược lại.

Khi cả 2 cảm biến không gặp đường vẽ thì tốc độ quay của 2 động cơ sẽ ngang nhau vì vậy robot sẽ đi thẳng.

 

 III. Tiến hành chế tạo

Bộ khung của robot được chế tạo bằng vật liệu rất đơn giản, bố trí theo sơ đồ tham khảo như sau:

Việc chọn lựa vật liệu là tùy điều kiện mỗi người, vì thế những hình ảnh sau chỉ mang tính tham khảo, bạn chỉ cần lưu ý về khoảng cách đặt các cảm biến và việc lựa chọn motor đã được đề cập ở trên.

Bộ khung làm từ vật liệu dễ kiếm.

Mạch điện và cảm biến hoàn chỉnh.

Nguồn điện 4.5 volt được cung cấp bằng việc sử dụng hộp chứa pin loại 3 pin AA. Các linh kiện được hàn trên testboard , băng dính dùng làm đường vẽ dùng loại 18mm. Bạn có thể thêm vào mạch điện 1 led 3 màu để làm sinh động thêm robot.

Đây là video hoàn chỉnh về hoạt động của robot. 

 

Bài viết dừng lại ở đây, robot hoạt động tốt, nhưng chưa hoàn chỉnh, để có nhiều ưu điểm hơn, cần sử dụng các loại IC thích hợp hoặc dùng vi điều khiển để có sự chính xác cao cũng như tốc độ đạt được cũng cao hơn. Hãy đón theo dõi bài viết tiếp theo trên website: www.eeelabs.org  

Bài viết được trích lược từ website ermicroblog 

»»  Đọc Tiếp

Robot Hướng Sáng Sử Dụng Bộ So Sánh LM339

I. Giới thiệu

Ở bài đăng trước chúng ta đã thực hiện một robot hướng sáng đơn giản nhất. Robot này chưa hề sử dụng mạch tích hợp (IC) nào cả, tất cả chỉ là linh kiện cơ bản. Bài đăng này sẽ giới thiệu với các bạn một robot hướng sáng khác sử dụng bộ so sánh xây dựng trên IC 339.

Hình ảnh trên chỉ mang tính tham khảo, không phải robot này ngoài thực tế .

II. Bộ so sánh

Khi cần biết cường độ năng lượng thực tế (các tín hiệu analog từ các cảm biến), robot cần phải có bộ chuyển đổi ADC(analog-digital converter). Bộ chuyển đổi này đo tín hiệu và xuất số nhị phân tương đương.

Tuy nhiên trong trường hợp này ta không cần đọc các tín hiệu cảm biến mà chỉ so sánh chúng thông qua các bộ so sánh.

Bộ so sánh sẽ so sánh 2 điện áp: một là điện áp quy chiếu do người thiết kế quyết định. Điện áp thứ 2 lấy từ bộ cảm biến (thông qua bộ chia điện áp). Bộ so sánh có thể đưa ra điện áp ở mức cao là +5 V hoặc điện áp ở mức thấp là 0 V.

Vì vậy tín hiệu xuất của bộ so sánh phụ thuộc vào biên độ 2 điện áp so sánh. Có 3 trường hợp khả dĩ: Tín hiệu cảm biến < > =  Điện áp quy chiếu.

Mạch thí nghiệm:

R1 và R2 tạo thành cầu phân áp, điện áp tạo ra bởi cầu phân áp này chính là điện áp quy chiếu (Vref).

Biến trở R5 cùng với R3 và R4 tạo thành cầu phân áp thứ 2, điện áp này thay đổi phụ thuộc vào biến trở R5(Vin).

Khi Vin>Vref thì điện áp ra ở mức cao (+5V) động cơ quay.

Khi Vin

Mạch trên chỉ mang tính tham khảo vì dòng ra rất bé nên chỉ dùng được cho động cơ nhỏ hoặc dùng led thay thế động cơ. Có thể dùng transistor để tăng dòng.

Bộ so sánh như trên được tích hợp vào IC 339 như hình sau:

Thật tiện lợi khi 4 bộ so sánh tích hợp trong 1 IC 14 chân thay vì phải sử dụng nhiều bộ so  sánh đơn lẻ.

III. Mạch điện của robot

Linh kiện:

IC: LM339 x 1

Quang trở CdS x 2

Điện trở: 4k7, 1k

Biến trở tinh chỉnh: 5k x 2

IC: 4049 (hoặc IC có 2 cổng  đảo trở lên tương đương với 4049)

Transistor NPN TIP 122 dùng cho động cơ lớn, có thể thay thế bằng 2N2222 nếu động cơ nhỏ.

Hành Vi:

Khi một quang trở nhận ít ánh sáng hơn quang trở kia, động cơ tương ứng sẽ ngừng quay, động cơ còn lại vẫn tiếp tục quay để hướng robot về phía nguồn sáng. Robot quay sao cho cả 2 quang trở chiếu sáng bằng nhau, khi đó cả 2 động cơ sẽ cùng quay, robot tiến về phía nguồn sáng.

Biến trở R1 và R4 được dùng thay vì 1 điện trở 3k9 để có sự linh hoạt trong điều chỉnh mạch điện của robot, nếu không muốn có sự điều chỉnh này, bạn hãy dùng điện trở 3k9.

Bổ sung hành vi:

Trong IC 339 ta chỉ mới dùng 2 bộ so sánh, vẫn còn 2 bộ so sánh khác chưa dùng đến. Ta sẽ dùng nó để bổ sung hành vi cho robot.

+Tầng thứ 2 là tầng cung cấp: khi cường độ sáng đủ mạnh, tầng thứ 2 sẽ cắt nguồn đến tầng thứ nhất làm động cơ ngừng quay, robot dừng lại, các pin quang điện sẽ nạp cho robot. Mạch của nó như sau:

Các giá trị điện trở, biến trở chỉ mang tính tham khảo, thực tế phải do chính bạn hiệu chỉnh thiết kế.

+Tầng thứ 3 - sự nghỉ ngơi: robot vẫn hoạt động trong bóng tối, vì 2 quang trở nhận được cường độ sáng như nhau và bằng 0. Điều này khiến tên robot "Hướng sáng" trở nên lố bịch. Sử dụng bộ so sánh còn lại của IC 339 để robot ngưng hoạt động khi cường độ sáng quá nhỏ, hiệu chỉnh giá trị các linh kiện của mạch sau sẽ giúp bạn thực hiện điều đó:

III. Hoàn thành.

Sau khi thử nghiệm và chọn các giá trị phù hợp cho linh kiện, bạn chế tạo cho robot 1 bệ di động với 2 động cơ có hộp số làm động lực. Lắp động cơ phù hợp với hành vi của robot.

Sử dụng Breadboard (bản mạch đế không hàn) để chế tạo và dễ dàng sửa đổi thiết kế của bạn.

Vào google gõ từ khoá solar robot kit để tìm vài bệ di chuyển tham khảo cho việc chế tạo robot của các bạn. Chúc thành công !!!

»»  Đọc Tiếp

Robot Hướng Sáng Đơn Giản Nhất.

I. Giới thiệu

Robot hướng sáng là loại robot có khả năng so sánh và đi theo hướng có cường độ sáng mạnh hơn. Đây là loại robot khá phổ biến. Có nhiều cách chế tạo và phân loại, đơn giản nhất là loại chỉ sử dụng các linh kiện điện tử cơ bản, khó hơn người ta sử dụng bộ so sánh oxide kim loại bù(CMOS), hoặc biến thể cuối cùng cũng là cao cấp nhất là sử dụng vi điều khiển.

Ở bài viết này xin giới thiệu với các bạn loại robot đơn giản nhất là sử dụng linh kiện điện tử cơ bản.

Hình ảnh mang tính tham khảo

II. Cấu tạo - Hoạt động

1. Mạch điện - bộ não của robot.

Hoạt động:

+Quang trở và biến trở tạo thành cầu phân áp điều khiển điện áp cấp cho chân B của trasistor làm transistor dẫn mạnh hay yếu tùy thuộc vào điện trở của quang trở.

+Hai hệ thống trên điều khiển 2 động cơ, sự chênh lệch cường độ sáng giữa 2 quang trở làm chênh lệch tốc độ giữa 2 động cơ=> hành vi hướng sáng của robot.

Các bạn có thể download file mô phỏng proteus tại đây để thi nghiệm hành vi của robot.

Linh kiện:

+Quang trở CdS x 2

+ Điện trở 100 Ohm x 2

+Điện trở 1k x 2

+Biến trở 100k x 2

+Transistor 2N2222A

+Động cơ DC x 2

+Nguồn lấy từ pin 9V

2. Bệ robot tham khảo.

Đây là cách bố trí

Có gì lạ không? Không có gì lạ cả, quang trở đặt bên phải sẽ điều khiển động cơ bên trái và ngược lại,  việc này sẽ tạo hành vi đúng cho robot. Bạn không tin ư? cứ thử đặt ngược lại, việc thay đổi là việc hết sức dễ dàng.

 Truyền động:

+Động cơ của robot có thể dùng để kéo 2 bánh xe tạo thành hệ thống dẫn động.

Robot trên sẽ được hướng dẫn trong bài tiếp theo, tuy nhiên hệ thống dẫn động của nó hoàn hoàn sử dụng được trong đồ án này.

Lưu ý để tăng moment quay của động cơ, bạn nên chọn loại động cơ có sẵn hộp số, dễ kiếm ở các chợ trời hoặc máy móc cũ.

+Nếu bạn là người yêu thích robot phỏng sinh học (có các động tác giống sinh vật) bạn có thể thay 2 động cơ DC dẫn động bánh xe bằng 2 động cơ rung của điện thoại, do tính đơn giản của mạch điện trong đồ án này nên 2 động cơ rung hoàn toàn đủ nguồn lực để kéo được thân robot.

Bạn có thể tham khảo kiểu mẫu sau:

Bạn đừng chú ý đến mạch điện trong đoạn video trên vì robot này có nguyên lý hoàn toàn khác với đồ án của chúng ta, cái ta cần quan tâm là bệ chuyển động của robot - chính là nguồn lực có từ 2 động cơ rung như tôi đã nói. Tất nhiên trong quá trình chế tạo bạn có thể tùy biến theo ý của mình để đạt hiệu quả cao hơn. Chúc các bạn thành công !!!

»»  Đọc Tiếp