Báo cáo đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MƠN CƠ-ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO ĐỒ ÁN
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD:

PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến

SVTH:

Lê Hải Đăng

21300834

Phan Đình Khánh

21301797

Trần Đại Nhân

21302733

Hạ Xn Kỳ

21301977

Hồng Vũ Bình

21300299

TP.Hồ Chí Minh, tháng 1/2017


MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................................... i
DANH MỤC HÌNH ẢNH .........................................................................................................iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................................ v
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ...................................................................................................... 6
1.1.

Giới thiệu ..................................................................................................................... 6

1.2.

Yêu cầu đặt ra đồ án .................................................................................................... 6

1.2.1.

Mục tiêu đồ án ...................................................................................................... 6

1.2.2.

Yêu cầu kỹ thuật ................................................................................................... 7

1.3.

Cấu trúc cơ bản của các xe dị line thơng dụng ........................................................... 7

1.3.1.

Phần cơ khí ........................................................................................................... 7

1.3.2.

Phần cảm biến ..................................................................................................... 13

1.3.3.

Phần điều khiển .................................................................................................. 15

1.4.

Đặt bài toán ................................................................................................................ 16

CHƢƠNG 2. LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN ............................................................................... 17
2.1.

Phƣơng án cơ khí ....................................................................................................... 17

2.2.

Phƣơng án cảm biến ................................................................................................... 17

2.3.

Phƣơng án điều khiển ................................................................................................ 18

2.4.

Kế hoạc thực hiện ...................................................................................................... 18

CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ CƠ KHÍ............................................................................................ 19
3.1.

Chọn bánh xe ............................................................................................................. 19

3.2.

Tính tốn chọn động cơ ............................................................................................. 19

3.3.

Tính toán ổn định cho xe khi di chuyển trên bán kính cong ...................................... 21

3.4.

Thiết kế các bộ phận cơ khí ....................................................................................... 22

3.4.1.

Chuỗi kích thƣớc 1 ............................................................................................. 22

3.4.2.

Chuỗi kích thƣớc 2 ............................................................................................. 24

CHƢƠNG 4. THIẾT KẾ ĐIỆN ................................................................................................ 26

4.1.

Xây dựng sơ đồ khối nguyên lý hệ thống điện .......................................................... 26

4.2.

Thiết kế cảm biến ....................................................................................................... 26

4.2.1.

Lựa chọn cảm biến ............................................................................................. 26

4.2.2.

Xác định chiều cao đặt cảm biến và khoảng cách giữa hai cảm biến ................. 27

4.2.3.

Tuyến tính hóa cảm biến .................................................................................... 31

4.3.

Lựa chọn driver .......................................................................................................... 35
i


4.4.

Lựa chọn vi điều khiển .............................................................................................. 36

CHƢƠNG 5. MƠ HÌNH HĨA ................................................................................................. 38
5.1.

Mơ hình hóa cơ cấu lái............................................................................................... 38

5.2.

Xây dựng mơ hình động học hệ thống ....................................................................... 40

5.3.

Mơ hình hóa hệ thống kết hợp sai số ......................................................................... 41

CHƢƠNG 6. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ............................................................................ 43
6.1.

Thành lập luật điều khiển ........................................................................................... 43

6.2.

Mô phỏng bộ điều khiển ............................................................................................ 43

6.3.

Thành lập bộ điều khiển PID cho động cơ dẫn động ................................................. 46

6.4.

Giải thuật điều khiển .................................................................................................. 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 50

ii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1.Sa bàn di chuyển của robot .......................................................................................... 6
Hình 1.2. Chariot ........................................................................................................................ 8
Hình 1.3. Usain Volt 2.0 ............................................................................................................. 9
Hình 1.4. Fireball (2010) ............................................................................................................ 9
Hình 1.5. CartisX04 (2014) ...................................................................................................... 10
Hình 1.6. FH Westküste ........................................................................................................... 11
Hình 1.7. Xe đua mơ hình HSP 94107TOP-10707 .................................................................. 12
Hình 1.8. Xe đua mơ hình HSP 94123-12309 .......................................................................... 13
Hình 1.9. Các phƣơng pháp sắp xếp cảm biến ......................................................................... 14
Hình 1.10. Tín hiệu đƣợc xử lý bằng giải thuật so sánh ........................................................... 15
Hình 1.11. Giải thuật xấp xỉ giá trị ........................................................................................... 15
Hình 1.12. Sơ đồ của line tại vị trí giao nhau ........................................................................... 16
Hình 3.1. Mơ hình phân tích lực ............................................................................................... 19
Hình 3.2. Mơ hình tính tốn khi xe rẽ hƣớng ........................................................................... 21
Hình 3.3. Mơ hình các bánh răng truyền động ......................................................................... 23
Hình 3.4. Chuỗi kích thƣớc ...................................................................................................... 23
Hình 3.5. Mơ hình hóa cơ cấu treo bánh trƣớc ......................................................................... 25
Hình 4.1. Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống điện ......................................................................... 26
Hình 4.2. Sơ đồ nguyên lý ........................................................................................................ 27
Hình 4.3. Mơ hình của cảm biến TCRT5000 ........................................................................... 28
Hình 4.4. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi giá trị ADC khi chiều cao thay đổi 0 − 20𝑚𝑚 .......... 29
Hình 4.5. Đồ thị biếu diễn sự thay đổi giá trị ADC .................................................................. 30
Hình 4.6. Đồ thị biếu diễn sự thay đổi giá trị ADC .................................................................. 30
Hình 4.7. Khoảng cách giữa 2 cảm biến đặt nằm dọc theo đƣờng line .................................... 31

Hình 4.8. Phƣơng pháp tính giá trị trung bình xấp xỉ theo trọng số ......................................... 32
Hình 4.9. Đồ thị quan hệ giữa vị trí thực và vị trí tính tốn ..................................................... 33
Hình 4.10. Đồ thị mối quan hệ giữa tâm đƣờng line và sai số tuyệt đối .................................. 33
Hình 4.11. Đồ thị biểu điễn sai số giữa hàm nội suy và giá trị đọc về ..................................... 34
Hình 4.12. Đồ thị biểu diễn hiệu sai số giá trị đọc và giá trị thực của tâm cảm biến ............... 34
Hình 4.13. Đồ thị test độ tuyến tính của vận tốc bằng driver TB6612 ..................................... 36
Hình 5.1. Mơ hình cơ cấu lái .................................................................................................... 38
iii


Hình 5.2. Mơ hình hóa hệ thống ............................................................................................... 40
Hình 5.3. Mơ hình động học kèm sai số ................................................................................... 41
Hình 5.4. Đồ thị quan hệ góc lái và góc quay của động cơ RC servo ...................................... 42
Hình 6.1. Kết quả bám line ....................................................................................................... 44
Hình 6.2. Sai số theo trục 𝑥 ...................................................................................................... 44
Hình 6.3. Sai số theo trục 𝑦 ...................................................................................................... 45
Hình 6.4. Sai số góc quay ......................................................................................................... 45
Hình 6.5. Vận tốc hoạt động ..................................................................................................... 46
Hình 6.6. Góc lái servo ............................................................................................................. 46
Hình 6.7. Đồ thị đáp ứng vận tốc theo thời gian ...................................................................... 47
Hình 6.8. Đồ thị đáp ứng vận tốc theo thời gian áp dụng bộ điều khiển PID trên thực tế ....... 48
Hình 6.9. Giải thuật điều khiển xe dị line trên sa bàn ............................................................. 49

iv


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1.Thông số kỹ thuật xe Chariot ...................................................................................... 8
Bảng 1.2. Thông số kỹ thuật của Usain Volt 2.0 ........................................................................ 9
Bảng 1.3. Thông số kỹ thuật của Fireball ................................................................................. 10

Bảng 1.4.Thông số kỹ thuật của CartisX04 .............................................................................. 10
Bảng 1.5. Thông số kỹ thuật của FH Westküste ...................................................................... 11
Bảng 1.6. Thông số kỹ thuật xe đua HSP 94107TOP-10707 ................................................... 12
Bảng 1.7. Thông số kỹ thuật xe đua HSP 94107TOP-10707 ................................................... 13
Bảng 3.1. Thơng số đầu vào tính tốn chọn động cơ ............................................................... 21
Bảng 3.2. Thơng số đầu ra tính tốn chọn động cơ .................................................................. 21
Bảng 3.3. Thơng số động cơ DC Mitsumi ................................................................................ 21
Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật cảm biến TCRT5000 .................................................................. 26
Bảng 4.2. Thông bảng giá trị sự thay đổi của 𝑑1, 𝑑2, 𝑋𝑑 theo chiều cao của cảm biến.......... 28
Bảng 6.1. Thông số mô phỏng.................................................................................................. 43

v


Chƣơng 1

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu
Moblie platform là loại robot có thể di chuyển từ nơi này đến nơi khác một cách tự chủ.
Không giống nhƣ các robot công nghiệp, mobile platform có thể di chuyển tự do trong khơng
gian làm việc để đạt đƣợc mục đích mong muốn. Từ đó giúp cho mobile platform có nhiều
ứng trong các mơi trƣờng khác nhau.
Cùng với sự đa dạng về hình thức di chuyển nhƣ chạy, nhảy, bơi, lặn,... mobile platform
đa dạng về phƣơng thức dẫn động nhƣ: bằng bánh xe (WMRs), bằng chân (LMRs), dẫn động
bằng chân vịt (AUVs) và dẫn động bằng cánh quạt (UAVs).
Trong thực tế, WMRs đƣợc sử dụng phổ biến, thích hợp với các ứng dụng thông thƣờng
và các yêu cầu trong sự phát triển của xã hội. Một ứng dụng cụ thể của WMRs là xe dị line,
đƣợc sử dụng phổ biến trong cơng nghiệp và đời sống nhƣ: AGV (Automated Guided
Vehicle) của một số nhà cung cấp: Daifuku, Swisslog, AGVE Group, Egemin Automation,...
để vận chuyển, sắp xếp hàng hóa trong hệ thống cảng biển, kho hàng tự động (AS/RS), ơ-tơ tự

hành có thể vận chuyển hành khách tự động [1].
Ngồi ra,xe dị line cịn là đề tài nghiên cứu về kỹ thuật nhận diện, điều khiển cũng nhƣ
làm đề tài cho các cuộc thi về kỹ thuật trên thế giới (Robot Challenge,Renesas MCU Car
Rally, Cosmobot 2012, All Japan Micro Mouse,...).Ở trong nƣớc, robot dò line cũng trở thành
đề tài cho các sân chơi kỹ thuật ở các trƣờng đại học dƣới hình thức đua tính thời gian (cuộc
thi Bkit Car Rally tại trƣờng Đại học Bách Khoa TPHCM, cuộc thi ITCar tại trƣờng Đại học
Công nghệ thông tin- ĐHQG TPHCM, cuộc thi "Xe đua lập trình MCR Sƣ phạm Kỹ thuật
TPHCM",...).
Trong phạm vi của đề tài, nhóm hƣớng đến thiết kế xe đua bám đƣờng hoàn thành quỹ
đạo đƣờng đi định sẵn đảm bảo các yêu cầu đặt ra trong đồ án môn học.
1.2. Yêu cầu đặt ra đồ án
1.2.1. Mục tiêu đồ án
Thiết kế và chế tạo xe dò line di chuyển với tốc độ cao trên sa bàn có đặc điểm nhƣ hình
sau.

Hình 1.1.Sa bàn di chuyển của robot

6


Chƣơng 1
Khi bắt đầu, robot đƣợc đặt tại vị trí START (điểm A), sau đó robot chạy theo thứ tự đi
qua các điểm nút quy định lần lƣợt nhƣ sau: (START) A  B  C  D  E F  C  G
 A  C  E (END).
Màu sắc đƣờng line: đen.
Màu nền: Trắng.
Bề rộng đƣờng line: 26𝑚𝑚.
1.2.2. Yêu cầu kỹ thuật
Tốc độ di chuyển của robottối thiểu: 0,2 𝑚/𝑠.
Số lƣợng bánh xe của robot (bao gồm bánh xe dẫn động và bánh xe bị động) đƣợc chọn

tùy thuộc vào thiết kế của các nhóm.
Trên robot đƣợc trang bị hệ thống cảm biến để giúp robot nhận biết đƣờng line trên bề mặt
sàn/mặt đất và di chuyển bám theo đƣờng line đó. Nhóm sinh viên tự chọn loại cảm biến phù
hợp.Điều kiện ràng buộc:
Đƣờng kính các bánh xe: 𝑑 ≤ 200𝑚𝑚.
Số lƣợng bánh xe (chủ động + bị động): tùy chọn.
Kích thƣớc tối đa các chiều của robot (dài × rộng × cao): 300𝑚𝑚×220𝑚𝑚×300𝑚𝑚.
1.3. Cấu trúc cơ bản của các xe dị line thơng dụng
Xe dị line là một dạng mobile platform tự hành, di chuyển trên các quỹ đạo cho trƣớc,
thông thƣờng là các line (tùy vào điều kiện làm việc mà đó có thể là line từ hoặc line màu).
Về cơ bản, xe dò line gồm ba phần là: cơ khí, cảm biến và điều khiển.
1.3.1. Phần cơ khí
Đối với xe dị line, phần cơ khí đóng vai trị là bộ khung, nâng đỡ các thiết bị và chịu tải.
Khơng chỉ vậy, phần cơ khí còn ảnh hƣởng đến việc điều khiển và quyết định các đặc tính kỹ
thuật sau khi thiết kế nhƣ: tốc độ tối đa, bán kính cong, khối lƣợng chịu tải.
Có nhiều sơ đồ nguyên lý có thể áp dụng cho một xe đua dò line, chủ yếu là các sơ đồ
gồm 3 hoặc 4 bánh, trong đó số bánh chủ động thƣờng là hai bánh. Ngoài ra, cơ cấu vi sai có
thể đƣợc áp dụng vào sơ đồ, tuy nhiên làm cho hệ thống trở nên phức tạp.
Sau đây là một số cơ cấu xe thƣờng đƣợc sử dụng:
1.3.1.1. Loại ba bánh với hai bánh chủ động và một bánh bị động
Đại diện cho loại xe dò line này là Chariot[2]. Chariot tham gia cuộc thi LVBots line
following competition do câu lạc bộ robot LVBots ở Las Vegas, Nevada tổ chức.

7


Chƣơng 1

a.

b.
Hình 1.2. Chariot
a. Hình dáng bên ngồi b. Sơ đồ nguyên lý

Bảng 1.1.Thông số kỹ thuật xe Chariot
Thông số
Dài × Rộng × Cao
Vận tốc trung bình, 𝑣𝑡𝑏
Khối lƣợng, 𝑚

Giá trị
145 × 90 × 70
1,17
210

Đơn vị
𝑚𝑚
𝑚/𝑠
𝑔

Chariot sử dụng cơ cấu lái vi sai (differential drive), xe có thể điều khiển góc quay dựa
trên việc thay đổi vận tốc của hai bánh chủ động.
Ƣu điểm: kết cấu truyền động, mơ hình động học đơn giản, đảm bảo các bánh xe luôn
đồng phẳng và cho phép xe di chuyển ở những bán kính cong rất nhỏ, thậm chí là quay tại
chỗ[3].
Nhƣợc điểm: xe có thể bị trƣợt theo phƣơng pháp tuyến khi vào các đoạn line có bán kính
nhỏ với tốc độ cao. Để đảm bảo chính xác khi xe di chuyển trên các đoạn đƣờng thẳng, đòi
hỏi điều khiển đồng bộ hai động cơ độc lập sao cho hai bánh xe quay với cùng vận tốc.
1.3.1.2. Loại bốn bánh với hai bánh độc lập chủ động và hai bánh bị động
Usain Volt 2.0[4] tham gia cuộc thi LVBots line following competition do câu lạc bộ robot

LVBots ở Las Vegas, Nevada tổ chức.

8


Chƣơng 1

b.

a.
Hình 1.3. Usain Volt 2.0
a. Hình dáng bên ngồi b. Sơ đồ nguyên lý
Bảng 1.2. Thông số kỹ thuật của Usain Volt 2.0
Thơng số
Dài × Rộng × Cao
Vận tốc trung bình, 𝑣𝑡𝑏
Khối lƣợng, 𝑚

Đơn vị
𝑚𝑚
𝑚/𝑠
𝑔

Giá trị
182 × 132 × 60
1,07
295

Ƣu điểm: kết cấu truyền động, mơ hình động học đơn giản, có thể di chuyển ở những bán
kính cong nhỏ và độ cứng vững cao hơn mơ hình ba bánh, khắc phục đƣợc sự mất cân bằng

có thể xảy ra khi vào các đoạn bán kính cong với tốc độ cao, đặc biệt khi có chở thêm tải.
Nhƣợc điểm: cần đảm bảo sự tiếp xúc củabốn bánh xe với mặt đƣờng và khó khăn khi
điều khiển hai động cơ đồng bộ (tƣơng tự mơ hình 1.3.1.1).
1.3.1.3. Loại bốn bánh chủ động độc lập
Fireball[5] tham gia cuộc thi đầu tiên Bot Brawl (Peoria, Illinois), sau đó là Chibots
Summer 2010 Contest do câu lạc bộ robot Chicago tổ chức.

a.

b.
Hình 1.4. Fireball (2010)
a. Hình dáng bên ngồi b. Sơ đồ ngun lý
9


Chƣơng 1
Bảng 1.3. Thông số kỹ thuật của Fireball
Thông số
Dài × Rộng × Cao
Vận tốc trung bình, 𝑣𝑡𝑏
Khối lƣợng, 𝑚

Đơn vị
𝑚𝑚
𝑚/𝑠
𝑔

Giá trị
100 × 100 × 40
1,5

200

Loại xe này có kết cấu rất đơn giản gồm bốn bánh đều là bánh chủ động đƣợc dẫn động
bởi bốn động cơ riêng biệt.
Ƣu điểm: kết cấu truyền động đơn giản, độ cứng vững cao, bán kính cong nhỏ.
Nhƣợc điểm: mơ hình động học phức tạp, cần điều khiển đồng bộ bốn động cơ (đặc biệt
trên các đoạn đƣờng thẳng), khó đảm bảo tồn tại duy nhất một tâm vận tốc tức thời do đó gây
ra hiện tƣợng trƣợt, để khắc phục nhƣợc điểm này đòi hỏi bộ điều khiển phức tạp.
1.3.1.4. Loại bốn bánh sử dụng cơ cấu lái skid drive
CartisX04[6] là robot dò line của Hirai Masataka (Nhật Bản). Với nhiều phiên bản nâng
cấp qua từng năm, CartisX04 nhiều năm liền giành chiến thắng tại hạn mục đua xe dò line của
cuộc thi All Japan Micromouse.

a.

b.
Hình 1.5. CartisX04 (2014)
a. Hình dáng bên ngồi b. Sơ đồ ngun lý

Bảng 1.4.Thơng số kỹ thuật của CartisX04
Thơng số
Dài × Rộng × Cao
Vận tốc trung bình, 𝑣𝑡𝑏
Vận tốc tối đa, 𝑣𝑚𝑎𝑥
Khối lƣợng, 𝑚

Giá trị
175 × 153 × 40
2,5
4

98

Đơn vị
𝑚𝑚
𝑚/𝑠
𝑚/𝑠
𝑔

CartisX04 sử dụng cơ cấu lái skid-steering, các bánh ở bên trái và bên phải có thể đƣợc lái
ở các vận tốc khác nhau theo các chiều khác nhau (các bánh ở cùng bên luôn đƣợc lái với
cùng vận tốc) từ đó giúp xe đổi hƣớng hoặc di chuyển trên các bán kính cong thậm chí quay
tại chỗ.
10


Chƣơng 1
Ƣu điểm: tăng khả năng bám đƣờng, tạo điều kiện cho việc dị line đƣợc chính xác, bán
kính cong nhỏ, thậm chí có thể quay tại chỗ.
Nhƣợc điểm: kết cấu truyền động phức tạp, xe thƣờng có hiện tƣợng trƣợt khi hoạt động
trên các đoạn đƣờng cong.
1.3.1.5. Loại bốn bánh sử dụng cơ cấu lái Ackerman-drive
FH Westküste là robot dò line của đội thi đến từ trƣờng Đại học Fachhochschule
Westküste (Đức), đã giành chức vô địch cuộc thi MCU Car Rally đƣợc tổ chức tại Nuremberg
vào năm 2015.

a.

b.
Hình 1.6. FH Westküste
a. Hình dáng bên ngồi b. Sơ đồ ngun lý

Để đạt đƣợc tốc độ cao khi đua, xe đƣợc cấu tạo giống xe đua thực tế với gầm thấp và
thân dài về phía trƣớc. Xe sử dụng cơ cấu lái Ackeman, hai bánh trƣớc đƣợc cố định trực tiếp
với khung cảm biến dò line, đồng thời đƣợc điều khiển bằng một động cơ servo nhằm điều
hƣớng cho xe, động cơ sau tạo lực đẩy xe tiến lên thông qua cơ cấu vi sai.
Bảng 1.5. Thông số kỹ thuật của FH Westküste
Thơng số
Dài × Rộng × Cao
Vận tốc trung bình, 𝑣𝑡𝑏
Vận tốc tối đa, 𝑣𝑚𝑎𝑥
Khối lƣợng, 𝑚

Giá trị
550 × 170 × 140
1,04
1,5
1,1

Đơn vị
𝑚𝑚
𝑚/𝑠
𝑚/𝑠
𝐾𝑔

Ƣu điểm: cơ cấu lái Ackerman cho phép xe hoạt động ổn định, bám đƣờng tốt, chống
trƣợt.
Nhƣợc điểm: cơ cấu phức tạp, việc sử dụng hai bánh trƣớc có cùng trục quay tạo áp lực
lớn tác động lên động cơ điều hƣớng, bán kính cong lớn (hạn chế do góc lái của bánh trƣớc và
chiều dài thân xe).
11

Chƣơng 1
1.3.1.6. Loại bốn bánh sử dụng cơ cấu dẫn động cầu sau RWD

a.

b.

Hình 1.7. Xe đua mơ hình HSP 94107TOP-10707
a. Hình dáng bên ngồi b. Sơ đồ ngun lý
Bảng 1.6. Thông số kỹ thuật xe đua HSP 94107TOP-10707
Thông số
Dài × Rộng × Cao
Vận tốc tối đa, 𝑣𝑚𝑎𝑥
Khối lƣợng, 𝑚

Giá trị
400 × 275 × 160
16
1,7

Đơn vị
𝑚𝑚
𝑚/𝑠
𝐾𝑔

Cơ cấu xe đua on-road đƣợc phát triển dựa trên cơ cấu Ackerman. Xe đƣợc trang bị hệ
thống dẫn động cầu sau (RWD – Rear wheel drive), tuy nhiên ở phần trƣớc sử dụng động cơ
servo thông qua cơ cấu điều hƣớng hai bánh xe thay vì dùng động cơ servo điều khiển trực

tiếp nửa thân trƣớc của xe nhƣ mơ hình 1.3.1.5.
Ƣu điểm: Việc giải phóng hai bánh trƣớc khỏi hệ thống truyền động giúp nó giảm áp lực
tác động lên động cơ servo điều khiển cơ cấu lái. Cơ cấu cho phép xe bám đƣờng tốt, ổn định,
chống trƣợt.
Nhƣợc điểm: Cơ cấu phức tạp, bán kính cong lớn (hạn chế do góc lái của bánh trƣớc và
chiều dài thân xe).
1.3.1.7. Loại bốn bánh sử dụng cơ cấu dẫn động hai cầu AWD
Xe sử dụng bộ truyền động bốn bánh toàn thời gian (AWD – All wheel drive), đảm bảo
phân phối một cách linh hoạt moment xoắn đến bốn bánh riêng lẽ vì vậy mặc dù trục cầu
trƣớc và sau có thể bất đồng tốc độ nhƣng vẩn khơng có bánh nào bị mất độ bám đƣờng khi
vƣợt qua các địa hình khơng bằng phẳng.

12


Chƣơng 1
Bảng 1.7. Thông số kỹ thuật xe đua HSP 94107TOP-10707
Giá trị

Đơn vị

360 × 260 × 112

𝑚𝑚

Vận tốc tối đa, 𝑣𝑚𝑎𝑥

10

𝑚/𝑠

Khối lƣợng, 𝑚

1,5

𝐾𝑔

Thơng số
Dài × Rộng × Cao

a.

b.

Hình 1.8. Xe đua mơ hình HSP 94123-12309
a. Hình dáng bên ngồi b. Sơ đồ nguyên lý
Ƣu điểm: Việc giải phóng hai bánh trƣớc khỏi hệ thống truyền động giúp nó giảm áp lực
tác động lên động cơ servo điều khiển cơ cấu lái. Cơ cấu cho phép xe bám đƣờng tốt, ổn định,
chống trƣợt.
Nhƣợc điểm: Cơ cấu phức tạp, bán kính cong lớn (hạn chế do góc lái của bánh trƣớc và
chiều dài thân xe).
Ngồi ra cịn có các mơ hình xe đua off-road sử dụng cơ cấu dẫn động bốn bánh bán thời
gian hoặc toàn thời gian. Trong giới hạn về đề tài, xe chỉ di chuyển trên địa hình phẳng, nhóm
khơng nghiên cứu về các mơ hình trên.
1.3.2. Phần cảm biến
Để xe chuyển động đúng quỹ đạo cần có bộ phận cảm biến, bộ phận này có nhiệm vụ
phân biệt line dẫn đƣờng rồi đƣa tín hiệu về bộ điều khiển. Mạch điều khiển có nhiệm vụ thu
nhận thơng tin phản hồi từ bộ phận cảm biến từ đó điều khiển tốc độ và chiều quay của động
13

Chƣơng 1
cơ điện sao cho xe luôn bám và chuyển động theo quỹ đạo của line.Việc lựa chọn cảm biến sử
dụng ảnh hƣởng một phần đến độ chính xác khi bám quỹ đạo. Theo đó, có nhiều loại cảm
biến khác nhau có thể sử dụng với độ chính xác phụ thuộc vào yêu cầu của ngƣời dùng.
Để robot có thể phát hiện line ngƣời ta có thể sử dụng camera, cảm biến từ hoặc cảm biến
quang.
Sử dụng camera: Ngƣời ta sẽ thực hiện việc phát hiện line bằng màu sắc của line đồng
thời xác định góc lệch sai số của robot và line để có thể điều khiển line bám theo quỹ đạo
mong muốn bằng các phƣơng pháp xử lý ảnh. Việc sử dụng camera làm giảm tốc độ sử lý của
hệ thống, ảnh hƣởng lớn đến thời gian lấy mẫu.
Sử dụng cảm biến từ:chỉ sử dụng đƣợc đối với cái line có từ tính, dựa vào việc xác định
từ tính của line từ đó xác định các sai số hệ thống.
Sử dụng cảm biến hồng ngoại, cảm biến quang điện trở hoặc phototransitor:Mặc dù
nguyên lý hoạt động giống nhau, nhƣng cảm biến hồng ngoại vàphototransistor thƣờng đƣợc
dùng nhiều hơn quang điện trở bởi vì thời gian đápứng của phototransistor và cảm biến hồng
ngoại cao hơn.Với cảmbiến là phototransistor và quang điện trở thì nguồn phát thƣờng là
LED siêu sáng(thƣờng dùng màu đỏ-vì có cƣờng độ quang phổ mạnh) hoặc có thể dùng LED
hồngngoại.
Về cách bố trí cảm biến quang:
Cách bố trí cảm biến sẽ tùy vào hệ thống thƣờng sẽ có 3 phƣơng pháp sắp xếp:
 Theo đƣờng thẳng[7]Hình 1.7a
 Theo ma trận[7]Hình 1.7b(tăng độ phân giải, cải thiện khả năng phát hiện line)
 Theo chữ V Hình 1.7c(tăng khả năng phát hiện góc cua nhanh hơn)

a.

b.

c.

Hình 1.9. Các phƣơng pháp sắp xếp cảm biến
a. Sắp xếp theo đƣờng thẳng b. Sắp xếp theo kiểu ma trận c. Sắp xếp theo kiểu chữ V
Về giải thuật xử lý tín hiệu từ cảm biến quang để xác định vị trí line:
Tín hiệu đọc về từ cảm biến sẽ đƣợc xử lý theo giải thuật xấp xỉ hoặc giải thuật so sánh.

14


Chƣơng 1

11000000
01100000
00110000
00011000
00001100
00000110
00000011
Tín hiệu mức thấp tại vị trí khơng có line
Tín hiệu mức cao tại vị trí có line
Hình 1.10. Tín hiệu đƣợc xử lý bằng giải thuật so sánh
Giải thuật so sánh: Sử dụng tín hiệu từ cảm biến dƣới dạng tín hiệu số, xác định trạng
thái đóng ngắt của các sensor từ đó suy ra vị trí của xe theo một bảng giá trị đã định sẵn. Đặc
điểm của phƣơng pháp là sai số dò line phụ thuộc vào khả năng phân biệt trạng thái của hệ
thống (khoảng cách giữa các sensor) nhƣng tốc độ xử lý cao hơn vì chỉ xử lý trạng thái on/off
của dữ liệu thu thập.
Giải thuật xấp xỉ [8]: Sử dụng tín hiệu từ cảm biến dƣới dạng tín hiệu tƣơng tự, độ lớn tín
hiệu thu về từ cảm biến 𝑦1 , 𝑦2 , … , 𝑦𝑛 đƣợc dùng để tính tốn vị trí của đƣờng line. Có thể sử
dụng phƣơng pháp xấp xỉ theo bậc hai, xấp xỉ theo trọng số, tuyến tính...
vị trí line tính tốn

tín hiệu đầu ra tƣơng tự
vị trí line tính tốn
sai số

b.

a.

Hình 1.11. Giải thuật xấp xỉ giá trị
a. Phƣơng pháp xấp xỉ bậc hai b. Phƣơng pháp xấp xỉ theo trọng số
Thời gian xử lý phụ thuộc vào thời gian đọc giá trị tƣơng tự ở tất cả các cảm biến, do đó
thời gian xử lý lâu, tuy nhiên phƣơng pháp cho độ chính xác cao.
1.3.3. Phần điều khiển
Để điều khiển xe bám line hiệu quả, bộ điều khiển đống vai trò rất quan trọng. Một bộ
điều khiển tốt, cho phép xe có độ bám line cao trong lúc hoạt động ở tốc độ cao. Nhƣng thơng
thƣờng, việc duy trì cả hai yếu tố trên đồng thời là rất khó, vì vậy, ngƣời thƣờng tùy chỉnh cân
bằng phù hợp với mục đích thiết kế.
Có thể dùng bằng phƣơng pháp so sánh: Khi tín hiệu cảm biến ở bên trái phát hiện line thì
tƣơng ứng bánh xe bên trái sẽ đứng yên và ngƣợc lại. Khi cảm biến phát hiện line ở giữa thì 2

15


Chƣơng 1
bánh sẽ chuyển động và xe sẽ đi thẳng. Phƣơng pháp này có ƣu điểm là xử lý nhanh nhƣng độ
chính xác khơng cao.
Dùng bộ điều khiển PID: Tín hiệu analog đƣợc truyền về từ cảm biến (lấy mẫu trong một
khoảng Δt),thơng qua phƣơng pháp xấp xỉ sẽ tính đƣợc sai số đƣa vào bộ điều khiển PID.
Dùng bộ điều khiển Lyapunov: Bộ điều khiển xem xét 3 sai số của robot so với line theo
phƣơng tiếp tuyến, theo phƣơng pháp tuyến, góc lệch giữa robot với line.

1.4. Đặt bài tốn
Dựa vào q trình tìm hiểu các loại robot dị line, tốc độ tối đa của các mơ hình trong
khoảng từ 1,5– 4 𝑚/𝑠, tốc độ trung bình từ 1,04– 2,5 𝑚/𝑠. Nhóm chọn tốc độ tối đa của
robot: 2 𝑚/𝑠.
Theo đề bài đặt ra bán kính cong 500𝑚𝑚, bề rộng line 26𝑚𝑚.Để đảm bảo thời gian đua
ngắn nhất thì tốc độ tại những đoạn line thẳng phảiđạt tốc độ cao nhất mà phải đảm bảo robot
đi đúng đƣờng line và tại vị trí giao nhau ởgiữa sa bàn (Hình 1.10) thì robot dễ bị sai lệch
đƣờng line nhất, do đó sai số bám linesẽ tính tại vị trí này.

26mm

D

C
ᵩ

B

A

O

Hình 1.12. Sơ đồ của line tại vị trí giao nhau
Tại vị trí giao nhau giữa sa bàn O giả sử sai số bám line: 𝑒𝑚𝑎𝑥 = 0, tại đó robot tiếp tục đi
thẳng nếu robot chạy theo quỹ đạo OD thì robot sẽ lệch sang line bên cạnh và đi sai yêu cầu
của đề bài. Theo đề bài thì góc lệch𝜑 = 13,30 ;𝐵𝐷 = 13𝑚𝑚; 𝑂𝐷 = 56,57𝑚𝑚, nếu số lần lấy
mẫu là 0,01𝑠 với tốc độ lớn nhất là 2 𝑚/𝑠, xe bắt đầu có sai số khi qua O (với giả thiết là C
nằm trên đƣờng thẳng OD, A nằm trên đƣờng thẳng OB) thì 𝑂𝐶 = 20𝑚𝑚 nên 𝐴𝐶 = 4,6𝑚𝑚.
Nên sai số lớn nhất là 4,6𝑚𝑚.
Vậy yêu cầu của đề bài:

Vận tốc lớn nhất: 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 2 𝑚/𝑠
Bán kính cong nhỏ nhất của line: 𝜌𝑚𝑖𝑛 = 500 𝑚𝑚
Sai số bám line lớn nhất:𝑒𝑚𝑎𝑥 = 4,6 𝑚𝑚
16


Chƣơng 2

CHƢƠNG 2. LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN
2.1.Phƣơng án cơ khí
Từ các phƣơng án về sơ đồ nguyên lý về các mẫu xe đua mơ hình và xe đua dị line, nhóm
chọn sử dụng sơ đồ ngun lý xe đua mơ hình. Vì nhóm xe này đƣợc kiểm nghiệm chất lƣợng
trong thực tế và sản xuất hàng loạt. Do xe đua trên địa hình phẳng và đơn giản kết cấu so với
các mơ hình xe đua khác, nhóm chọn mơ hình xe đua on-road (Hình 1.2).
Mơ hình xe đua trên có ƣu thế khi đua trên các đoạn đƣờng thẳng khi hai bánh sau đƣợc
truyền động đồng tốc do đó bám line tốt, ổn định (so với các mẫu xe dò line), khơng xảy ra
các hiện tƣợng trƣợt. Xe có khả năng chuyển hƣớng 900, và di chuyển trên bán kính cong của
sa bàn, phụ thuộc vào chiều dài xe và khả năng bẻ lái bánh trƣớc.
2.2.Phƣơng án cảm biến
Từ bài toán đặt ra với sai số bám line 𝑒𝑚𝑎𝑥 = 4,6 𝑚𝑚 để đảm bảo cho việc bám line hiệu
quả, không bị lệch line và trƣợt ra khỏi đƣờng đua việc lựa chọn cảm biến và phƣơng pháp
điều khiển ảnh hƣởng quyết định đến kết quả cuộc đua.
Nhóm đề xuất 3 phƣơng án:
 Phototransistor và led thƣờng
 Phototransistor và led hồng ngoại
 Led phát sáng và quang trở
Đối với trƣờng hợp đƣờng line và bề mặt xung quanh có độ tƣơng phản cao thì phƣơng
án phototransistor và led hồng ngoại đƣợc sử dụng vì sóng hồng ngoại có bƣớc sóng lớn nên
năng lƣợng nhỏ; ngƣợc lại led chiếu sáng thƣờng thì đƣợc khun dùng với trƣờng hợp mơi
trƣờng xung quanh và line có độ tƣơng phản thấp. Quang trở cũng tƣơng tự nhƣ

phototransistor tuy nhiên khi có tia sáng đến cảm biến thì điện trở trên quang trở sẽ thay đổi
từ đó thay đổi điện áp.
Tuy nhiên phototransistor có độ nhạy cao[8] nên nhóm quyết định lựa chọn phƣơng án sử
dụng cảm biến phototransistor và led hồng ngoại.
Với loại cảm biến đã chọn, có hai giải thuật xử lý đƣợc đề xuất:
 Giải thuật so sánh
 Giải thuật xấp xỉ
Với phương pháp so sánh: vị trí của robot so với đƣờng line chỉ có thể thuộc vào một số
trƣờng hợp đã đƣợc quy định sẵn. Số trƣờng hợp này phụ thuộc số lƣợng cảmbiến, sai số ảnh
hƣởng bởi khoảng cách tối thiểu giữa các cảm biến. Khoảng cách giữacác cảm biến này phụ
thuộc nhiều vào góc chiếu của LED, góc thu của sensor và độ cao so với mặt đất.
Với phương pháp xấp xỉ: sai số phụ thuộc vào số lƣợng cảm biến và cách chọn độ cao của
chúng so với mặt đất. Tuy nhiên, độ phân giải của phƣơng pháp này cao hơn đáng kể so với
phƣơng pháp so sánh, giúp cho hệ thống sensor có thể đạt đƣợc sai số tốt hơn.Tuy nhiên, thời

17


Chƣơng 2
gian xử lý của phƣơng pháp này sẽ lâu hơn phƣơng pháp trên do vi điều khiển cần thực hiện
chuyển đổi ADC cho tất cả các cảm biến.
2.3. Phƣơng án điều khiển
Vì hệ thống điều khiển là hệ nhiều đầu vào nhiều đầu ra MIMO (Chƣơng 5. Mơ hình hóa)
nên nhóm chọn luật điều khiển Lyapunov và bộ điều khiển PID cho động cơ dẫn động.
Giải thuật điều khiển cho xe dò line áp dụng phƣơng pháp dò theo điểm và thay đổi bộ
thông số trên từng quãng đƣờng tƣơng ứng.
2.4. Kế hoạc thực hiện

18

Chƣơng 3

CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ CƠ KHÍ
3.1. Chọn bánh xe
Nhóm sử dụng loại bánh xe dùng cho các loại xe đua mơ hình:
 Vật liệu: khung nhựa, vỏ cao su có gai bám đƣờng
 Đƣờng kính bánh: 61 𝑚𝑚
3.2. Tính tốn chọn động cơ
Để tính tốn chọn động cơ cho mơ hình ta tiến hành phân tích lực và momen tác động lên
bánh xe. Xem xét mơ hình dạng bánh xe đàn hồi di chuyển trên sàn cứng[9], có ba yếu tố lực
chủ yếu ảnh hƣởng đến chuyển động của mơ hình: lực kéo tiếp tuyến, các loại lực cản và lực
bám.
𝑣
𝑀, 𝜔

𝑃𝐶

𝑃𝑓
𝑃

Hình 3.1. Mơ hình phân tích lực
Theo mơ hình phân tích lực tổng qt của ơ-tơ [9], áp dụng vào tính tốn chọn động cơ
cho xe đua dị line (Hình 3.1), ta có:
𝑃𝑓 ± 𝑃𝑖 + 𝑃𝜔 ± 𝑃𝑗 = 𝑃𝐶 ≤ 𝑃𝑘 ≤ 𝑃𝜑
Trong đó:
𝑃𝑘 : lực kéo tiếp tuyến, sinh ra do momen xoắn ở bánh chủ động, 𝑁
𝑃𝐶 : lực cản sinh ra trong quá trình chuyển động của xe, 𝑁
𝑃𝑓 : lực cản lăn ở các bánh xe, 𝑁
𝑃𝑖 : lực cản lên dốc, 𝑁

𝑃𝜔 : lực cản do khơng khí, 𝑁
𝑃𝑗 : lực quán tính khi xe chuyển động, 𝑁
𝑃𝜑 : lực bám, 𝑁

19

(3.1)


Chƣơng 3
Ta bỏ qua các lực cản do khơng khí 𝑃𝜔 (do tiết diện cản chính diện của xe đua không
đáng kể) và lực cản lên dốc 𝑃𝑖 (do xe đua chỉ di chuyển trên địa hình phẳng). Lực kéo tiếp
tuyến hay momen xoắn cấp cho bánh chủ động chỉ còn phụ thuộc vào các lực cản(lực cản lăn
và lực qn tính) và lực bám, ta tiến hành tính tốn các lực này.
Lực cản lăn[9]:
𝑃𝑓 = 𝑓𝐺

(3.2)

Trong đó:
𝑓: hệ số cản lăn, theo Bảng II-1,[9], với vận tốc xe không quá 22 𝑚/𝑠, và loại mặt đƣờng
là nhựa bê tông, chọn 𝑓 = 0,012
Lực quán tính[9]:
𝑃𝑗 = 𝑚 +

𝐼
𝑎
𝑟2

1

𝑃𝑗 = 𝑚 + 𝑚′ 𝑎 = 1,3485𝑎
2

(3.3)

Trong đó:
1

𝐼: momen qn tính bánh xe chủ động đối với trục quay của xe, 𝐼 = 2 𝑚′ 𝑟 2
Lực bám[9]:
𝑃𝜑 = 𝜑𝐺

(3.4)

Trong đó:
𝜑: hệ số bám, đối với vật liệu làm bề mặt sa bàn, chọn 𝜑 = 0,35
Do đó từ (3.1), (3.2), (3.3) và (3.4) ta có:
0,012𝐺 + 1,3485𝑎 ≤ 𝑃𝑘 ≤ 0,35𝐺
2,85 ≤ 𝑃𝑘 ≤ 4,46
Chọn: 𝑃𝑘 = 3 (𝑁)
Momen cấp cho bánh chủ động đƣợc tính bởi cơng thức:
𝑀 = 𝑃𝑘 𝑟 = 3.30,5 = 91,5 (𝑁𝑚𝑚)

(3.5)

Tốc độ vòng/phút tối đa của bánh xe:
𝑛=

𝑣𝑚𝑎𝑥
× 60000 = 545,67 (𝑣ị𝑛𝑔/𝑝𝑕ú𝑡)

2𝜋𝑟

(3.6)

Cơng suất cần thiết tại trục bánh xe:
𝑃 = 𝑃𝑘 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 3.2 = 6(𝑊)

20

(3.7)


Chƣơng 3
Tốc độ vòng/phút trục động cơ:
𝑛𝑑𝑐 = 𝑛. 𝑖 = 545,67.2,5 = 1364 (𝑣ị𝑛𝑔/𝑝𝑕ú𝑡)

(3.8)

Cơng suất cần thiết tại trục bánh xe:
𝑃𝑑𝑐 =

𝑃



=

6
≈ 6,67(𝑊)
0,9

(3.9)

Trong đó các thơng số đầu vào và thông số đầu ra đƣợc cho ở hai bảng 3.1 và bảng 3.2.
Bảng 3.1. Thơng số đầu vào tính tốn chọn động cơ
Thơng số
Giá trị
Khối lƣợng tổng của xe, 𝑚
1,3
Khối lƣợng mỗi bánh xe, 𝑚′
0,097
Bán kính bánh xe, 𝑟
30,5
Gia tốc dài, 𝑎
2
Gia tốc trọng trƣờng, g
9,81
Vận tốc tối đa, 𝑣𝑚𝑎𝑥
2

Đơn vị
𝑘𝑔
𝑘𝑔
𝑚𝑚
𝑚/𝑠 2
𝑚/𝑠 2
𝑚/𝑠

Bảng 3.2. Thơng số đầu ra tính tốn chọn động cơ
Thơng số

Giá trị
Momen cấp cho bánh xe, 𝑀
91,5
Số vịng quay động cơ, 𝑛_𝑑𝑐
545,67
Cơng suất động cơ, 𝑃_𝑑𝑐
6
Từ các thông số trên chọn động cơ: DC Mitsumi.
Bảng 3.3. Thông số động cơ DC Mitsumi
Thông số
Điện áp hoạt động
Số vịng quay động cơ khơng tải
Dịng tối đa khi có tải

Đơn vị
𝑁𝑚𝑚
𝑣ị𝑛𝑔/𝑝𝑕ú𝑡
𝑊

Đơn vị
V
𝑣ị𝑛𝑔/𝑝𝑕ú𝑡
𝐴

Giá trị
10-31
1000 − 4300
3

𝐹𝑚𝑠

𝑃

𝐹𝑙𝑡

𝑕

3.3. Tính tốn ổn định cho xe khi di chuyển trên bán kính cong

𝑏/2

Hình 3.2. Mơ hình tính tốn khi xe rẽ hƣớng
Với mơ hình trên, điều kiện để khi vào cua, xe không lật quanh điểm O là:
21


Chƣơng 3

𝐹𝑙𝑡 . 𝑕𝑔 ≤ 𝑃
→

𝑏
2

2
𝑃𝑣𝑚𝑎𝑥
𝑕𝑔
𝑏
≤𝑃
𝑔𝑅

2

→
→

2
𝑏
2𝑣𝑚𝑎𝑥
≥
𝑕𝑔
𝑔𝑅

𝑏
≥ 1,63
𝑕𝑔

(3.10)

Trong đó:
𝑕𝑔 : chiều cao trọng tâm, 𝑚𝑚
𝑅: bán kính cong, 500 𝑚𝑚
𝑏: bề rộng xe đua, 𝑚𝑚
Chọn kích thƣớc xe đua theo tỉ lệ của mẫu xe đua mơ hình thu nhỏ 1/18, có bề rộng xe là
85 𝑚𝑚. Trọng tâm xe thỏa điều kiện (3.10) ta có: 𝑕𝑔 ≤ 52,11 (𝑚𝑚).
3.4. Thiết kế các bộ phận cơ khí
Với cơ cấu xe đua đã chọn, nhóm chọn thiết kế và chế tạo các chi tiết:







Thân xe
Đồ gá động cơ dẫn động cầu sau
Đồ gá động cơ dẫn hƣớng
Đồ treo hệ thống bánh trƣớc
Một số chi tiết phụ

Các chi tiết khác nhóm sử dụng các chi tiết có sẵn trên thị trƣờng.
Yêu cầu thiết kế:
Gá đặt các chi tiết: cầu vi sai, hệ thống treo của bánh trƣớc, các bộ phận để gá các bánh
xe, đồ gá động cơ dẫn động và dẫn hƣớng
Đảm bảo độ chính xác truyền động, dựa vào khoảng cách trục giữa hai bánh răng truyền
động trƣớc khi vào bộ vi sai (chuỗi kích thƣớc 1)
Đảm bảo kích thƣớc của hệ thống treo để mặt đối xứng hai bánh trƣớc vng góc mặt
đƣờng
3.4.1. Chuỗi kích thƣớc 1
Nhóm sử dụng cặp bánh răng trụ răng thẳng có mơ-đun 𝑚 = 0,7 và số răng lần lƣợt ứng
với bánh lớn và bánh nhỏ là 𝑧1 = 38 và 𝑧2 = 17 để truyền động từ động cơ đến trục của bộ vi
sai.
Từ các thơng số bánh răng ta có khoảng cách trục giữa hai bánh răng[10] là:

22


Chƣơng 3

𝑎=

𝑚(𝑧1 + 𝑧2 ) 0,7. (38 + 17)

=
= 19,25 (𝑚𝑚)
2
2

Từ khoảng cách trục ta tra đƣợc sai lệch giới hạn khoảng cách trục cho phép ±𝑓𝑎 theo [10]:
±𝑓𝑎 = ±0.06 (𝑚𝑚).

1

2

𝑂O11
𝑎

O𝑂2 2
𝑎𝑦

𝑎𝑥

Hình 3.3. Mơ hình các bánh răng truyền động
1. Bánh răng nhỏ 2. Bánh răng lớn
Ta chọn cách gá tâm hai bánh răng cùng cao độ: 𝑎𝑥 = 𝑎 = 19,25 (𝑚𝑚), 𝑎𝑦 = 0(𝑚𝑚).
Dựa vào kết cấu bộ vi sai và đƣờng kính vỏ ngồi động cơ, chọn cao độ gá hai bánh răng
là 13(𝑚𝑚). Chọn cấp chính xác IT10 cho cao độ này ta có kích thƣớc từ mặt đáy tới tâm các
bánh răng: 13 ± 0,035 (𝑚𝑚).
Thiết lập chuỗi kích thƣớc:
A∑

A3

A2

A1

Hình 3.4. Chuỗi kích thƣớc
Với kích thƣớc danh nghĩa của các khâu thành phần đều là các khâu tăng:
𝐴1 = 8,5 (𝑚𝑚), 𝐴2 = 1,75 (𝑚𝑚), 𝐴3 = 9 (𝑚𝑚)
Và khâu khép kín là 𝐴 = 19,25 ± 0,06 (𝑚𝑚)
Đặt giả thiết các khâu thành phần đƣợc chế tạo cùng cấp chính xác, theo [11] ta tính tốn
hệ số cấp chính xác chung và chọn đƣợc cấp chính xác cho các thành phần là IT9.
Do đó, ta có sai lệch giới hạn và dung sai cho phép của các khâu 1 và 3 là:
23


Chƣơng 3
𝐴1 = 8,5𝐻9 = 8,5+0,036
𝐴3 = 9𝐻9 = 9+0,036
Ta có khâu để lại tính là khâu 𝐴2 , dung sai và sai lệch đƣợc tính tốn nhƣ sau[11]:
𝑇2 = 𝑇 − 𝑇1 − 𝑇3 = 0,12 − 0,036.2 = 0,048
0,036 0,036
−
= −0,036
2
2
𝑇2
0,048
𝐸𝑆2 = 𝐸𝑚2 + = −0,036 +
= −0,012
2

2
𝑇2
0,048
𝐸𝐼2 = 𝐸𝑚2 − = −0,036 −
= −0,06
2
2

𝐸𝑚2 = 𝐸𝑚  − 𝐸𝑚1 − 𝐸𝑚3 = 0 −

Trong đó:
𝑇𝑖 : dung sai cho phép của khâu 𝑖, 𝑚𝑚
𝐸𝑚𝑖 : sai lệch trung bình của khâu 𝑖, 𝑚𝑚
𝐸𝑆𝑖 : sai lệch giới hạn trên khâu 𝑖, 𝑚𝑚
𝐸𝐼𝑖 : sai lệch giới hạn dƣới khâu 𝑖, 𝑚𝑚
Vậy: 𝐴2 = 1,75−0,012
−0,06
Từ đó ta thiết lập đƣợc các kích thƣớc thiết kế các chi tiết liên quan đến các kích thƣớc
trên.
3.4.2. Chuỗi kích thƣớc 2
Thiết kế đồ gá cho hệ thống treo bánh trƣớc, ta xét mơ hình bốn khâu bản lề thuộc mặt
phẳng đối xứng của đòn đỡ bánh trƣớc:

24