THI t k DI u KHI n ROBOT HUT b i DI d NG

THIẾT KẾ, ĐIỀU KHIỂN ROBOT HÚT BỤI DI ĐỘNG
------- Tác giả….
Tóm tắt: Mục đích của bài báo là đưa ra thiết kế cơ khí và giải thuật điều khiển cho robot hút
bụi di động. Phần cơ khí thiết kế dựa vào mẫu có sẵn của robot hút bụi …… . Phần điều khiến
sử dụng cảm biến quang để phát hiện vật cản, sử dụng camera để dò đường đi cho robot. Quỹ
đạo chạy của robot là đường zích-zắc có khả năng tránh vật cản để quét toàn bộ diện tích mặt
sàn. Mô hình có hai bậc tự do sử dụng hai bánh xe. Bộ điều khiển sử dụng
Từ khóa: Robotic vacuum cleaner, tracking.
I.

Giới thiệu:

Robot hút bụi kết hợp giữa hệ thống hút
và bộ điều khiển có khả năng tự hoạt động
trong nhà để dọn vệ sinh. Các sản phẩm này
đã được nghiên cứu, phát triển từ những
năm 1995. Theo đó, robot hút bụi được cải
tiến từ phiên bản thô sơ đến phức tạp mang
tính thông minh, tiện dụng cao trên thế giới.
Khởi đầu là robot hút bụi Electrolux Trilobie
ra đời năm 2000 có khả năng tránh vật cản
và người. Tiếp theo đó, sản phẩm robot hút
bụi của các hãng iRobot Roomba, Samsung,
Sony, LG… lần lượt được ra đời với khả
năng công nghệ cao như tự hành, tự tìm chỗ
sạc, tránh vật cản, chống rơi, lập sơ đồ đường
đi. Nghiên cứu về robot hút bụi trên thế giới
phát triển nhưng ở Việt Nam các nghiên cứu
về lĩnh vực này lại rất hạn chế.
Hai vấn đề chính trong robot hút bụi là
thiết kế cơ khí và giải thuật điều khiển, chạy

robot trên sàn. Đối với phần cơ khí robot
phải đảm bảo được khả năng di chuyển linh
hoạt và bố trí hệ thống hút bụi của thân
robot. Đối với phần giải thuật điều khiển
phải đảm bảo robot di chuyển và hút bụi trên
toàn bộ mặt sàn, tránh vật cản, chống rơi.
Trong nội dung bài báo này trình bày
thiết kế cơ khí dựa trên mẫu có sẵn của robot
hút bụi …. và giải thuật cho robot hút bụi di
động với quỹ đạo chạy đơn giản hình zíchzắc và có khả năng trành vật cản.

II. Thiết kế cơ khí:
1. Sơ đồ động:

1.
2.
3.
4.
5.

Hình 1: Sơ đồ robot hút bụi
Thân robot
6. Nguồn
Cụm chổi quét 7. Cảm biến chống
rơi.
Cụm ống hút 8. Bánh xe dẫn
hướng
bụi
Cụm quạt hút
9. Cảm biến tránh

vật cản
Cụm bánh xe 10. Càng va chạm
trước
di chuyển

2. Các cụm robot:

Cụm bánh xe di chuyển:


Hình 4: Thiết kế 3D cụm quạt hút
- Cụm chổi quét:
Hình 2: Sơ đồ động cụm bánh xe di
chuyển

Hình 5: Sơ đồ động cụm chổi quét

Hình 3: Cụm bánh xe di chuyển
-

Cụm quạt hút:

Hình 6: Thiết kế 3D cụm chổi quét
III. Thiết kế giải thuật chạy:
1. Bài toán quỹ đạo chạy của robot hút bụi:

Có nhiều quỹ đạo chạy cho robot hút bụi
di động như zích-zắc, xoáy ốc,… để hút bụi
trên toàn bộ mặt sàn. Trong đó, quỹ đạo hình
zích-zắc phù với mặt sàn trống, ít vật cản.

Trong bài này chỉ giải quyết cho quỹ đạo
zích-zắc của robot.


Trong đó là vận tốc góc của bánh xe
phải và bánh xe trái, là khoảng cách giữa
hai bánh xe, là bán kính bánh xe.

Hình 7: Quỹ đạo hình zích-zắc
Khoảng cách giữa hai đường chạy liên
tiếp d được xác định bằng vùng hút bụi của
robot.

Tâm điểm của vùng cần hút bụi trùng
với tâm C của robot bút bụi. Điểm di
chuyển với vận tốc hằng là trên đường tham
chiếu.
3. Giải thuật điều khiển:

Robot hút bụi có vị trí ban đầu ở góc gần
nhất bên phải của nền.

2. Mô hình hóa robot:

Robot hút bụi sử mô hình robot di động
hai bánh xe. Giả thuyết hai bánh xe lăn
không trượt. Động học thuận của robot hút
bụi và gốc tọa độ với quỹ đạo di tham chiếu
như hình 8.
=

Trong đó là tâm của robot trong hệ tọa
độ Đề-các, là góc xoay của robot, lần lượt
là vận tốc thẳng và vận tốc góc của tâm
robot hút bụi.

Hình 9: Giải thuật điều khiển robot hút bụi
4. Phát hiện vật cản và đo sai số:

Phát hiện vật cản: sử dụng cảm biến
quang. Cảm biến quang gắn phía trước, trên
đầu robot gồm một led phát và một led thu,
khi gặp vật cản led thu nhận được tín hiệu từ
led phát.
Hình 8: Mô hình hóa robot hút bụi
Quan hệ giữa và vận tốc góc của hai
bánh xe như sau:

Điều khiển vòng kín robot chạy theo
đường zích-zắc theo đường tham chiếu trên
nền. Đường tham chiếu này dựa trên viền
của những viên gạch lót nền. Sử dụng


camera để dò đường viền này. Kết hợp vị trí
gắn camera chính giữa trên đầu của robot
hút bụi và hình ảnh chụp được từ camera
qua xử lý ảnh tính ra được sai số của quỹ

đạo di chuyển thực của robot với quỹ đạo
tham chiếu.

IV. Kết quả mô phỏng:
V. Kết luận: