THIẾT kế, CHẾ tạo và điều KHIỂN ROBOT XE ĐUA dò LINE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN CƠ-ĐIỆN TỬ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ
HỌC KÌ II, NĂM HỌC 2016-2017


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN
ROBOT XE ĐUA DÒ LINE
 GVHD: PGS.TS. NGUYỄN TẤN TIẾN
 SVTH: NHÓM 1
1. HỒ LÊ TẤN BẢO

21300222

2. LÊ MINH ĐỨC

21300912

3. NGUYỄN HOÀNG HUY

21301476

4. NGUYỄN HỮU HUY

21301478

TP. HỒ CHÍ MINH, NGÀY 13 THÁNG 05 NĂM 2017

MỤC LỤC
YÊU CẦU .................................................................................................................................. 1
MỤC TIÊU ................................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...................................................................................................... 2
Về Cơ Khí..................................................................................................................... 2
1. Mô hình xe đua dò line trong nước .............................................................................. 2
2. Mô hình xe đua dò line ngoài nước .............................................................................. 3
3. So sánh ưu, nhược điểm ............................................................................................... 5
Về Điện......................................................................................................................... 6
1. Về cảm biến .................................................................................................................. 6
2. Về động cơ ................................................................................................................... 8
Về Cấu Trúc Điều Khiển .............................................................................................. 8
Về Bộ Điều Khiển ...................................................................................................... 10
ĐẶT ĐỀ BÀI.............................................................................................................. 10
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN .............................................................................. 12
Về Cơ Khí................................................................................................................... 12
1. Phương án khả thi ....................................................................................................... 12
2. Lựa chọn phương án ................................................................................................... 12
Về Điện....................................................................................................................... 12
1. Lựa chọn động cơ ....................................................................................................... 12
2. Lựa chọn cảm biến ..................................................................................................... 13
Về Cấu Trúc Điều Khiển ............................................................................................ 13
Về Bộ Điều Khiển ...................................................................................................... 13
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ .......................................................................................................... 14
Thiết Kế Cơ Khí ......................................................................................................... 14
1. Tính toán kích thước xe .............................................................................................. 14
2. Tính toán công suất động cơ ...................................................................................... 17
3. Tính toán moment xoắn động cơ ................................................................................ 18

4. Dung sai ...................................................................................................................... 19
Thiết Kế Điện ............................................................................................................. 25
1. Thiết kế cảm biến ....................................................................................................... 25
2. Lựa chọn nguồn .......................................................................................................... 30
3. Khối động cơ-driver ................................................................................................... 31
Thiết Kế Phần Lập Trình ............................................................................................ 36
1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển .................................................................................. 36
2. Chọn vi điều khiển ..................................................................................................... 36
3. Lưu đồ giải thuật ........................................................................................................ 37
Mô Hình Hóa .............................................................................................................. 39
1. Mô hình hóa động học ................................................................................................ 39
2. Thiết kế bộ điều khiển ................................................................................................ 40
3. Mô hình hóa cảm biến ................................................................................................ 40
4. Cách tìm sai số ........................................................................................................... 40
5. Mô hình hóa động cơ .................................................................................................. 41
6. Kết quả mô phỏng ...................................................................................................... 42
7. Nhận xét ..................................................................................................................... 45
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ............................................................................. 46
Kết Quả Thực Nghiệm ............................................................................................... 46
Phân Tích Thực Nghiệm ............................................................................................ 48
Đề Xuất Hiệu Chỉnh Thiết Kế .................................................................................... 48
CHƯƠNG 5: BIỂU ĐỒ GANLT ............................................................................................. 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 51


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line

YÊU CẦU

Đồ án môn học (ĐAMH) Thiết Kế Hệ Thống Cơ-Điện Tử yêu cầu nhóm sinh viên
thực hiện hoàn chỉnh các quá trình thiết kế, chế tạo và điều khiển Robot Xe Đua Dò Line (Line
Following Robot). Robot sau khi hoàn thành phải di chuyển bám theo sa bàn line phẳng cho
trước (hình H.1), theo thứ tự (START) A → B → C → D → E → F → C → G → A → C →
E (END), với vận tốc không nhỏ hơn 0.2𝑚/𝑠.
F

B

𝑅500
C

E

A
START

END
𝑅500
D

G
1500
3000
H.1 Sa bàn di chuyển của robot

MỤC TIÊU
Do yêu cầu của ĐAMH là thiết kế, chế tạo và điều khiển robot xe đua dò line nên
mục tiêu quan trọng nhất của cả quá trình là xe đua dò line chạy nhanh nhất có thể.

Nhóm 1

1


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Về Cơ Khí
1. Mô hình xe đua dò line trong nước
a. Robot Không Độ của đội Không Độ vô địch BCR 2013
 Sơ đồ nguyên lí

(a)
(b)
H.𝟐 (a) Robot Không Độ; (b) Sơ đồ kết cấu Robot Không Độ
 Kích thước: 𝐿 × 𝑊 × 𝐻 = 270 × 140 × 140 (𝑚𝑚).
 Số bánh xe: Xe có 4 bánh, trong đó 2 bánh cao su dẫn động (𝐷 = 50 (𝑚𝑚))
đường kính lớn đặt ở phía sau, 2 bánh cao su có đường kính nhỏ hơn đặt ở phía
trước thực hiện chức năng rẽ hướng, phần bộ phận cảm biến tiếp xúc trực tiếp với
đường line không có bi lăn hoặc bánh mắt trâu ở giữa.
 Vận tốc xe: Vận tốc cực đại 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 0.6 (𝑚/𝑠), vận tốc trung bình 𝑣𝑎𝑣𝑔 =
0.4 (𝑚/𝑠).
b. Robot TDC1 của đội TDC1 vô địch MCR 2014
 Sơ đồ nguyên lí

(a)
(b)

H.𝟑 (a) Robot TDC1; (b) Sơ đồ kết cấu Robot TDC1
 Kích thước: 𝐿 × 𝑊 × 𝐻 = 24 × 160 × 80 (𝑚𝑚).
 Số bánh xe: Xe có 4 bánh, trong đó 2 bánh cao su (𝐷 = 40 (𝑚𝑚)) dẫn động đặt
ở phía sau, 2 bánh cao su có đường kính nhỏ hơn (𝐷 = 20 (𝑚𝑚)) đặt ở phía trước
thực hiện chức năng như rẽ hướng, phần bộ phận cảm biến tiếp xúc trực tiếp với
đường line không có bi lăn hoặc bánh mắt trâu ở giữa.
 Vận tốc xe: Vận tốc cực đại 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 0.7 (𝑚/𝑠), vận tốc trung bình 𝑣𝑎𝑣𝑔 =
0.4 (𝑚/𝑠).
c. Robot BKC] của đội BKC vô địch BCR 2015
Nhóm 1

2


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line

 Sơ đồ nguyên lí

(a)
(b)
H.𝟒 (a) Robot BKC; (b) Sơ đồ kết cấu Robot BKC
 Kích thước: 𝐿 × 𝑊 × 𝐻 = 300 × 150 × 100 (𝑚𝑚).
 Số bánh xe: Xe có 4 bánh, trong đó 2 bánh cao su (𝐷 = 40 (𝑚𝑚)) dẫn động đặt
ở phía sau, 2 bánh cao su tự lựa có đường kính lớn hơn (𝐷 = 50 (𝑚𝑚)) đặt ở
phía trước thực hiện chức năng như 2 bánh castor, phần bộ phận cảm biến tiếp xúc
trực tiếp với đường line không có bi lăn hoặc bánh mắt trâu ở giữa.
 Vận tốc xe: Vận tốc cực đại 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 0.7 (𝑚/𝑠), vận tốc trung bình 𝑣𝑎𝑣𝑔 =
0.5 (𝑚/𝑠).

2. Mô hình xe đua dò line ngoài nước
a. Robot Pika của đội Mechatron vô địch Cyberbot 2015, Poznan
 Sơ đồ nguyên lí

(a)
(b)
H.𝟓 (a) Robot Pika; (b) Sơ đồ kết cấu Robot Pika
 Kích thước: 𝐿 × 𝑊 × 𝐻 = 280 × 180 × 50 (𝑚𝑚).
 Số bánh xe: Xe 𝑐ó 4 bánh, trong đó 2 bánh cao su dẫn động (𝐷 = 34 (𝑚𝑚)) đặt
ở khung chính, 2 bánh mắt trâu đặt ở dãy cảm biến thực hiện chức năng như 2
bánh castor.
 Vận tốc xe: Vận tốc cực đại 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 2.7 (𝑚/𝑠), vận tốc trung bình 𝑣𝑎𝑣𝑔 =
1.9 (𝑚/𝑠).
b. Robot Green Gaint V4.1 tại cuộc thi Micromouse 2013-2014
 Sơ đồ nguyên lí

Nhóm 1

3


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line

(a)
(b)
H. 𝟔 (a) Robot Green Gaint V4.1; (b) Sơ đồ kết cấu Green Gaint V4.1
 Kích thước: 𝐿 × 𝑊 × 𝐻 = 190 × 110 × 40 (𝑚𝑚).
 Số bánh xe: Xe có 4 bánh, trong đó 2 bánh cao su phía trước dẫn động (𝐷 =

40 (𝑚𝑚)), 2 bánh cao su phía sau là 2 bánh castor.
 Vận tốc xe: Vận tốc cực đại 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 3.5 (𝑚/𝑠), vận tốc trung bình 𝑣𝑎𝑣𝑔 =
2 (𝑚/𝑠).
c. Robot RR của Khoa Điện - Điện tử của trường Đại học Manchester
 Sơ đồ nguyên lí

(a)
(b)
H.𝟕 (a) Robot RR; (b) Sơ đồ kết cấu Robot RR
 Kích thước: 𝐿 × 𝑊 × 𝐻 = 160 × 100 × 80 (𝑚𝑚).
 Số bánh xe: Xe có 3 bánh, trong đó 2 bánh cao su phía sau dẫn động (𝐷 =
54(𝑚𝑚)), bánh cao su phía trước có chức năng rẽ hướng.
 Vận tốc xe: Vận tốc cực đại 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 1 (𝑚/𝑠), vận tốc trung bình 𝑣𝑎𝑣𝑔 =
0.5 (𝑚/𝑠).
d. Robot Dave của đội đua Bruce tại cuộc thi LVBots Line Following, 4/2015

VS
(a)
(b)
H.𝟖 (a) Robot Dave; (b) Sơ đồ kết cấu Robot Dave
 Sơ đồ nguyên lí
Nhóm 1

4


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line

 Kích thước: 𝐿 × 𝑊 × 𝐻 = 200 × 90 × 60 (𝑚𝑚).
 Số bánh xe: Xe có 4 bánh, trong đó 2 bánh cao su phía sau (𝐷 = 60 (𝑚𝑚)) được
truyền chuyển động từ bộ vi sai, 2 bánh mắt trâu phía trước có chức năng rẽ hướng.
 Vận tốc xe: Vận tốc cực đại 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 1.2 (𝑚/𝑠), vận tốc trung bình 𝑣𝑎𝑣𝑔 =
0.7 (𝑚/𝑠).
e. Robot Pinto của đội đua Grant tại cuộc thi LVBots Line Following, 4/2015
 Sơ đồ nguyên lí

(a)
(b)
H. 𝟗 (a) Robot Pinto; (b) Sơ đồ kết cấu Robot Pinto
 Kích thước: 𝐿 × 𝑊 × 𝐻 = 210 × 130 × 120 (𝑚𝑚).
 Số bánh xe: Xe có 3 bánh, trong đó 2 bánh cao su phía trước (𝐷 = 60 (𝑚𝑚)) vừa
dẫn động vừa rẽ hướng, bánh cao su phía sau là bánh castor.
 Vận tốc xe: Vận tốc cực đại 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 0.8 (𝑚/𝑠), vận tốc trung bình 𝑣𝑎𝑣𝑔 =
0.5 (𝑚/𝑠).
Từ những thông tin thu thập được ở trên, để lựa chọn được mô hình kết cấu phù
hợp chúng ta cần phải thực hiện các quá trình phân tích, so sánh về các ưu, nhược điểm
của những phần quan trọng trong kết cấu xe.
3. So sánh ưu, nhược điểm
a. Về kết cấu
 Xe 4 bánh

Mô hình
1. Bám đường
2. Vào cua
3. Điều khiển
4. Kết cấu

Tốt: Có kết cấu khớp bản lề

Khó: Do hiện tượng trượt
Không phức tạp: Lái và
chuyển động tách biệt
Phức tạp

Không tốt
Khó
Không phức
tạp
Đơn giản

Không tốt
Dễ: Kết cấu bánh tự lựa
Phức tạp: Lái và chuyển
động kết hợp
Đơn giản

Mô hình
VS

Nhóm 1

5


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử
1.
2.
3.
4.

Bám đường
Vào cua
Điều khiển
Kết cấu

Xe Đua Dò Line

Không tốt
Dễ
Phức tạp
Đơn giản

Không tốt
Trung bình
Phức tạp
Đơn giản

Tốt: Có kết cấu khớp cầu
Khó
Không phức tạp
Phức tạp

 Xe 3 bánh

Mô hình

1.
2.
3.

4.

Bám đường
Vào cua
Điều khiển
Kết cấu

Tốt
Khó
Không phức tạp
Đơn giản

Tốt
Dễ
Phức tạp
Đơn giản

b. Về số lượng bánh xe
1.
2.
3.
4.

Số bánh
Đồng phẳng
Độ ổn định khi có vật cản
Lật khi vào cua
Ma sát

𝟒 bánh

Khó đảm bảo đồng phẳng
Vẫn giữ được độ ổn định
Khó
Nhiều

𝟑 bánh
Luôn đồng phẳng
Khó giữ được độ ổn định
Dễ
Ít

Về Điện
1. Về cảm biến
Phần lớn các robot dò line hiện nay sử dụng các loại cảm biến quang để nhận biết
vị trí tương đối của đường line so với xe, từ đó xử lí để đưa ra tín hiệu điều khiển. Có hai
phương pháp thường được sử dụng cho robot dò line là phương pháp sử dụng camera và
các loại cảm biến quang dẫn:
 Trường hợp sử dụng camera để phát hiện vị trí line thì người ta sử dụng hình ảnh thu
được tử đường line thực tế [5], sau đó xử lý và dùng các giải thuật xử lý ảnh để xác
định vị trí và góc lệch của xe so với đường line. Các xe sử dụng camera như Smart
Car trong cuộc thi The Freescale 2012 hay Raspberry Pi Line Following Robot trong
cuộc thi Robocup Junior Competition Flanders 2014…
 Trường hợp sử dụng cảm biến quang dẫn được sử dụng phổ biến trong các cuộc thi
robot dò line hiện nay. Điển hình như quang điện trở hoặc phototransistor kết hợp
với LED. Hai loại cảm biến này có nguyên tắc hoạt động giống nhau, bộ thu sẽ thu
tín hiệu ánh sáng phản xạ từ bộ phát xuống mặt đất, từ đó xử lí để xác định vị trí của
đường line. Các xe sử dụng phototransistor cho bộ phận dò line như Usain Volt 2.0,
Thunderbolt…

Nhóm 1

6


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line

Bảng so sánh giữa các loại cảm biến
Cảm biến

Camera

Quang điện trở

Phototransistor

1. Thời gian xử lý
2. Giá thành
3. Lắp đặt

6 − 10 (frame/𝑠)
Cao
Phức tạp

20 − 30 (𝑚𝑠)
Thấp
Đơn giản

15 (𝜇𝑠)

Thấp
Đơn giản

Có 2 cách đọc giá trị áp của bộ phận thu cảm biến trả về:
 Cách thứ nhất là đọc theo dạng analog với sơ đồ điện của một cảm biến như hình
H.𝟏𝟎. Tín hiệu analog đọc được từ cảm biến qua phép xấp xỉ để tìm ra vị của xe so
với tâm đường line [6]. Các giải thuật xấp xỉ theo bậc 2, theo trọng số (hình H.𝟏𝟏)
cho sai số dò line khác nhau.

H.𝟏𝟎 Sơ đồ điện đọc giá trí analog của cảm biến hồng ngoại

(a)
(b)
H.𝟏𝟏 (a) Xấp xỉ bậc 2; (b) Xấp xỉ theo trọng số
 Cách thứ hai là đọc digital. Tín hiệu đầu ra của cảm biến vẫn là anlog nhưng sau đó
thông qua mạch lấy ngưỡng, hoặc lấy ngưỡng bằng lập trình để cho ra 2 giá trị logic
0 hoặc 1 ứng với vị trí của cảm biến trên đường line hoặc ngoài đường line. Sơ đồ
mạch đọc giá trị cảm biến của phương pháp này như hình H.𝟏𝟐.

H.𝟏𝟐 Sơ đồ điện của 1 cảm biến để đọc giá trị digital
Nhóm 1

7


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line

Để điều khiển robot theo quỹ đạo, người thiết kế lập trình xác định độ lệch tương

đối giữa quỹ đạo của robot và quỹ đạo mong muốn, sau đó so sánh độ lệch đó thành
các mức và điều khiển lái robot quay về quỹ đạo như hình H.𝟏𝟑 [7].
7

6

5

4

3

2

1

Trạng thái cảm biến

0

Giữa vạch
Lệch trái mức 1
`

Lệch trái mức 2
Lệch phải mức 1
Lệch phải mức 2

H.𝟏𝟑 Quy định mức lệnh giữa quy đạo của robot và quỹ đạo mong muốn
Bảng so sánh giữa các phương pháp đọc cảm biến

1. Độ chính xác
2. Thời gian đọc tín hiệu
3. Giải thuật xử lý

Đọc tín hiệu analog
Cao
Tốn nhiều thời gian
Phức tạp

Đọc tín hiệu digital
Thấp
Tốn ít thời gian
Đơn giản

2. Về động cơ
Hầu hết các xe dò line trong thực tế đều dùng động cơ dc có gắn encoder, vì có bộ
Encoder hồi tiếp nên đảm bảo được độ ổn định và chính xác cho hệ thống. Đối với các xe
việc chuyển hướng không dùng bánh đa hướng thì có thể dùng Rc Servo để điều khiển
hướng di chuyển. Các xe như Usain Volt 2.0 sử dụng động cơ 50:1 HP gearmotors ,
Silvestre-line sử dụng động cơ Maxon DC motor .
Bảng so sánh động cơ servo và DC

1. Điều khiển
2. Giá thành

DC có gắn encoder

DC

Có hồi tiếp nên độ chính

xác cao
Cao

Không hồi tiếp nên độ
chính xác thấp
Thấp

Về Cấu Trúc Điều Khiển
Mạch xe dò line gồm các thành phần cơ bản gồm mạch cảm biến (sensor); mạch
điều khiển (micro controller); mạch lái động cơ (driver). Có hai phương pháp chính để
kết nối phần cứng với nhau là điều khiển tập trung và điều khiển phân cấp.
 Trong điều khiển tâp trung, một MCU duy nhất đồng thời: nhận và xử lý tín hiệu từ
cảm biến, nhận và xử lý tín hiệu từ hai encoder, thực hiện chương trình chính, tính
giá trị điều khiển và truyền cho hai động cơ. Cấu trúc này được sử dụng nhiều trong
thực tế trong hầu hết các mô hình xe: HBFS, Pika,…

Nhóm 1

8


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line

Sensor

Driver

Master

Driver

Motor

Motor

Encoder

Encoder

H.𝟏𝟒 Sơ đồ cấu trúc tập trung
 Trong điều khiển phân cấp, nhiều MCU sẽ được sử dụng, trong đó 1 MCU đóng vai
trò là master dùng tính toán cho chương trình điều khiển chính. Các MCU còn lại
đóng vai trò là slave, thực hiện các tác vụ riêng biệt như: thu nhận và xử lí tín hiệu
từ cảm biến, tính toán vị trí tương đối của xe so với line và truyền về cho master; thu
nhận tín hiệu từ encoder, tính toán luật điều khiển cho động cơ...
Sensor

Master

Driver

Slave

Slave

Driver

Motor

Motor

Encoder

Encoder

H.𝟏𝟓 Sơ đồ cấu trúc tập trung

Nhóm 1

9


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

1.
2.
3.
4.

Bảng so sánh cấu trúc điều khiển
Tập trung
Phần cứng
Đơn giản
Tài nguyên (năng
Tốn ít
lượng, không gian)
Tốc độ xử lí
Chậm hơn

Quản lý chương trình
Khó hơn

Xe Đua Dò Line

Phân cấp
Phức tạp
Tốn nhiều
Nhanh hơn
Dễ hơn

Về Bộ Điều Khiển
 Robot bán line có thể được điều khiển bằng bộ điều khiển on-off[9], [10]. Với bộ điều
khiển này chỉ cần dùng 2 cảm biến đặt cách nhau 1 khoảng lớn hơn chiều rộng của
đường line, khi một cảm biến nằm trên line thì động cơ tương ứng bên đó sẽ đứng
yên, và ngược lại, và 𝑐ả 2 động cơ sẽ cùng quay khi không có cảm biến nào nằm trên
đường line. Phương pháp điều khiển này không thể áp dụng cho robot thực hiện tác
vụ đua đồng thời cũng không thể điều khiển robot bám line với sai số nhỏ.
 Bộ điều khiển PID[11] được xem như một giải pháp đa năng cho các ứng dụng điều
khiển tương tự hay điều khiển số. Hơn 90% các bộ điều khiển trong công nghiệp
được sử dụng là bộ điều khiển PID. Nếu được thiết kế tốt, bộ điều khiển PID có khả
năng điều khiển hệ thống đáp ứng tốt các chỉ tiêu chất lượng như đáp ứng nhanh, thời
gian quá độ ngắn, độ quá điều chỉnh thấp, triệt tiêu được sai lệch tĩnh. Tuy nhiên, bộ
điều khiển PID có nhược điểm là chỉ đạt kết quả tốt trong hệ tuyến tính, xảy ra nhiễu
ở khâu vi phân dẫn đến sai lệch lớn ở đầu ra.
 Với bộ điều khiển fuzzy[12], thực hiện gồm 3 bước: mờ hóa, thực hiện luật hợp thành
và giải mờ. Sai số đầu ra của bộ điều khiển phụ thuộc hoàn toàn vào luật mờ. Đưa ra
luật mờ tốt sẽ được sai số đầu ra nhỏ và ngược lại.
 Bộ điều khiển self-tuning fuzzy PI[13], đây là bộ điều khiển kết hợp giữa PI và fuzzy,
hai thông số 𝐾𝑃 và 𝐾𝐼 được chỉnh định bởi bộ điều khiển fuzzy. Bộ điều khiển này

được ứng dụng trong các hệ phi tuyến MIMO, điều khiển robot theo các quỹ đạo
phức tạp và ổn định đối với tác động của nhiễu. Tuy nhiên bộ điều khiển này phải
thiết kế phức tạp hơn bộ điều khiển PID hoặc fuzzy.
 Bộ điều khiển Following tracking[14], bộ điều khiển này xem xét 3 sai số của robot
và line theo phương tiếp tuyến 𝑒1 , theo phương pháp tiếp tuyến 𝑒2 , và theo góc lệch
giữa robot với line 𝑒3 để điều khiển robot thông quá các biến điều khiển là vận tốc
góc và vận tốc dài. Bộ điều khiển này cho kết quả bám line tốt, với sai số nhỏ. Tuy
nhiên để có được bộ 3 sai số trên, ta phải sử dụng camera thay vì sử dụng cảm biến.
 Có thể kết hợp bộ điều khiển và giải thuật tự học đường Q – learning[15] để thêm khả
năng ghi nhớ đường đi nhằm thay đổi thông số phù hợp với từng chặn đường, giúp
tăng khả năng đáp ứng của xe sau mỗi lần chạy, như xe Silvestre và CartisX04.
ĐẶT ĐỀ BÀI
 Dựa vào kết quả tim hiểu và phân tích các loại xe đua dò line trong và ngoài nước ta
được các kết quả
 Vận tốc xe thường không vượt quá 3.1(𝑚/𝑠)
 Theo sa bàn thì bán kính cong nhỏ nhất 𝜌 = 500 (𝑚𝑚)
 Sai số xe lớn nhất |𝑒𝑚𝑎𝑥 | ≤ 10 (𝑚𝑚).
Nhóm 1

10


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line

 Từ đó, nhóm đưa ra các thông số dự kiến cho quá trình thiết kế như:
 Vận tốc 𝑣 = 1 (𝑚/𝑠)
 Gia tốc 𝑎 = 0.5 (𝑚/𝑠)
 Bán kính cong nhỏ nhất 𝜌𝑚𝑖𝑛 = 500 (𝑚𝑚)

 Sai số 𝑒𝑚𝑎𝑥 = ±10 (𝑚𝑚).

Nhóm 1

11


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
Về Cơ Khí
1. Phương án khả thi
Do tính chất của cuộc thi là xe được làm ra nhằm phục vụ cho mục tiêu dùng để
đua. Vì vậy, cần phải lựa chọn những mô hình có khả năng bám đường tốt, vào cua dễ và
kết cấu càng tối giản càng tốt để hạn chế được trọng lượng xe cùng với những sai số phát
sinh không mong muốn, tăng tính khả thi cho quá trình chế tạo về sau. Những phương án
thỏa mãn đa phần các tiêu chí vừa nêu:
 Robot Green Gaint v4.1
 Robot Pika
 Robot Pinto
2. Lựa chọn phương án
Mặc dù xe 3 bánh Pinto có nhiều ưu điểm nổi bật nhưng trong cuộc đua do sa bàn
đua được kết cấu từ nhiều mảnh line ghép lại với nhau, nên yếu tố ổn định của xe sau khi
vượt những chướng ngại vật (mối ghép) là điều cần đặc biệt quan tâm, mà yếu tố đó xe
3 bánh không thể nào đáp ứng tốt yếu tố đó được như xe 4 bánh. Mặt khác, nếu xét về
phương diện robot dò line, tức yếu tố “dò line” là yếu tố quan trọng nhất thì xe Pika vượt
trội so với xe Green Gaint ở chỗ 2 bánh xe trước ngoài khả năng giúp xe bám đường tốt
còn giúp cho cảm biến luôn giữ được khoảng cách mong muốn so với mặt sa bàn trong

suốt quá trình đua. Yếu tố đó giúp cho xe đảm bảo đáp ứng được sai số của hệ thống khi
di chuyển với tốc độ cao.
Tuy nhiên, xe Pika có nhược điểm là khả năng bám đường không được tốt do kết
cấu xe không có khớp bản lề hoặc khớp cầu để đảm bảo 4 bánh xe đồng phẳng. Nhưng
trái lại, việc đó giúp hạn chế sai số cơ khí lớn, đồng thời nếu 4 bánh xe không đồng phẳng
thì chỉ có thể là 1 trong 2 bánh mắt trâu phía trước không tiếp xúc được với mặt đường
do đường kính nhỏ hơn nhiều so với bánh cao su, điều đó không hề ảnh hưởng lớn đến
mục tiêu mong muốn.
Từ những phân tích trên chỉ ra rằng mô hình Robot xe Pika là hợp lí nhất. Do đó,
nhóm quyết định lựa chọn phương án có sơ đồ nguyên lí như sau:

H.𝟏𝟔 Phương án khả thi thiết kế Cơ Khí
Về Điện
1. Lựa chọn động cơ
Yêu cầu: Động cơ phải đáp ứng được vận tốc 1 (𝑚/𝑠) đã đề ra.
Kết luận: Sử dụng động cơ DC có gắn encoder.

Nhóm 1

12


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line

2. Lựa chọn cảm biến
Yêu cầu: Cảm biến được sử dụng phải có thời gian đáp ứng nhanh để có thể bám
được những đoạn gấp khúc.
Kết luận: Sử dụng cảm biến TCRT5000 gồm phototransistor kết hợp led hồng

ngoại.
Về Cấu Trúc Điều Khiển

Yêu cầu: Dễ kiểm tra lỗi và phân chia module.
Kết luận: Nhóm quyết định lựa chọn phương án điều khiển phân cấp.
Về Bộ Điều Khiển
Nhóm chọn bộ điều khiển Following tracking, vì đây là bộ điểu khiển phổ biến
trong các nghiên cứu về khả năng bám theo quỹ đạo cho trước cho mobile robot, đáp ứng
được các sai số và vận tốc nhóm đặt ra.

Nhóm 1

13


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ
Thiết Kế Cơ Khí
Tiêu chí của quá trình thiết kế cơ khí là có thể xác định được những điều kiện cần
thiết về động lực học nhằm giải quyết đầu bài đặt ra. Cụ thể là phân tích sự ảnh hưởng rồi
từ đó đưa ra lựa chọn hợp lí đối với các thông số sau:
 Kích thước chiều dài, chiều rộng và chiều cao xe
 Khoảng cách giữa trục bánh xe trước và sau
 Công suất và moment xoắn của động cơ
 Đường kính bánh xe
Ngoài việc đáp ứng được các yêu cầu về động lực học, kết cấu khung xe còn phải
thỏa mãn các điều kiện về sai số. Do đó việc tính toán để lựa chọn hợp lí về dung sai, vật

liệu của các chi tiết sẽ được tiến hành sau khi có vẽ bản phác thảo xe. Từ đó, đưa ra các
bản vẽ cần thiết để phục vụ cho quá trình chế tạo.
1. Tính toán kích thước xe[1]
 Do phương án lựa chọn là xe 4 bánh với 2 bánh sau dẫn động và 2 bánh trước là 2
bánh mắt trâu nên các mô hình động lực học của xe được mô tả như sau:
 Mô hình động lực học khi xe chuyển động thẳng như hình H.6.
𝑧
𝑎2

𝑎1

𝑪
2𝐹𝑧2

𝑎

𝑥
2𝐹𝑧1

𝑚𝑔
2𝐹𝑥2

ℎ
2𝐹𝑥1

H.𝟏𝟕 Mô hình động lực học chung khi xe chuyển động thẳng
Các thông số từ hình
 𝐶 là vị trí đặt trọng tâm của xe
 2𝐹𝑥1 là lực ma sát ở 2 bánh trước
 2𝐹𝑥2 là lực ma sát ở 2 bánh sau

 2𝐹𝑧1 là phản lực tại 2 bánh trước
 2𝐹𝑧2 là phản lực tại 2 bánh sau
 𝑙 = 𝑎1 + 𝑎2
Do mô hình xe lựa chọn là 2 bánh sau dẫn động nên
2𝐹𝑥1 = 0

Nhóm 1

14


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line

Ta có phương trình động lực học tổng quát cho xe
∑ 𝐹𝑥 = 𝑚𝑎
∑ 𝐹𝑦 = 0
{∑ 𝑀𝑦/𝐶 = 0
2𝐹𝑥2 = 𝑚𝑎
2𝐹𝑥2 = 𝑚𝑎
1
𝑎2 1
ℎ𝑎
𝐹𝑧1 = 𝑚𝑔 − 𝑚𝑔
⟹ { 2𝐹𝑧1 + 2𝐹𝑧2 − 𝑚𝑔 = 0 ⟹
2
𝑙
2
𝑙𝑔

−2𝐹𝑧1 𝑎1 + 2𝐹𝑧2 𝑎2 − 2𝐹𝑥2 ℎ = 0
1
𝑎1 1
ℎ𝑎
𝐹 = 𝑚𝑔 + 𝑚𝑔
𝑙
2
𝑙𝑔
{ 𝑧2 2

(1)

Giả sử gia tốc lớn nhất mà xe đạt được là 𝑎𝑟
Ta có:
{

𝐹𝑥2 = 𝜇. 𝐹𝑧2
𝐹𝑥1 = 0

(2)

Lấy (1) thay vào (2), ta được:
1
1
𝑎1 1
ℎ 𝑎𝑟
𝑚𝑎𝑟 = 𝜇 ( 𝑚𝑔 + 𝑚𝑔
)
2
2

𝑙
2
𝑙 𝑔
𝑎𝑟
𝜇
𝑎1
=
.
ℎ 𝑙
𝑔
1−𝜇
𝑙
𝑎𝑟
𝜇
𝑎1
⟹
=
.
ℎ 𝑙
𝑔
1−𝜇
𝑙
⟹

(3)

Nhận xét: Dựa vào (3) ta thấy gia tốc lớn nhất mà xe đạt được sẽ càng lớn nếu
trọng tâm càng dịch về phía sau (𝑎1 càng lớn) và càng thấp (ℎ càng thấp)
Tuy nhiên, Dựa vào phương trình thứ hai của hệ phương trình (1) ta nhận thấy,
nếu gia tốc 𝑎, trong trường hợp này là 𝑎𝑟 , càng lớn sẽ dẫn đến 𝐹𝑧1 ⟶ 0

Lúc đó sẽ xảy ra hiện tượng 2 bánh trước không còn bám được trên mặt đường.
Vì vậy
𝐹𝑧1 ≥ 0

(4)

Khi đó, từ (1) và (4) ta suy ra
1
𝑎2 1
ℎ 𝑎𝑟
𝑚𝑔 − 𝑚𝑔
≥0
2
𝑙
2
𝑙 𝑔
⟹

Nhóm 1

𝑎𝑟 𝑎2
≤
𝑔
ℎ

(I)

15

Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line

𝑣𝑐

𝑪
𝑎𝑛

𝑟
H.𝟏𝟖 Mô hình động lực học khi xe vào cua
 Từ đó, ta được mô hình động lực học khi nhìn trực diện như hình H. 𝟏𝟗
𝑧

𝑁
𝐹𝑚𝑠

𝑪

𝑎𝑛

𝑦

𝑚𝑔
H.𝟏𝟗 Mô hình động lực học khi xe vào cua nhìn từ mặt trước
Phương trình động lực học cho xe
𝐹 = 𝑚𝑎𝑛
{ 𝑚𝑠
𝑁 = 𝑃

(5)

Mà
𝐹𝑚𝑠 = 𝜇𝑁 = 𝜇𝑚𝑔
{
𝑣𝑐2
𝑎𝑛 =
𝑟
Từ phương trình (6), để xe không trượt khi vào cua thì
𝜇𝑚𝑔 > 𝑚

𝑣𝑐2
𝑟

⟹ 𝑣𝑐 < √𝜇𝑔𝑟

(II)

Mô hình động lực học của xe khi xuất hiện lực quán tính như H.𝟐𝟎

Nhóm 1

16


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line
𝑧

𝐹𝑞𝑡

𝑦

𝑚𝑔

𝑨

ℎ

𝑤
H.𝟐𝟎 Mô hình lực sinh moment tại 𝑨
𝑤
𝑀𝑦/𝐴 = 𝑚𝑔. − 𝐹𝑞𝑡 . ℎ
2
Để xe không bị lật khi vào cua thì
𝑀𝑦/𝐴 ≥ 0 ⟹ 𝑚𝑔.
⟹ 𝑚𝑔.

𝑤
≥ 𝐹𝑞𝑡 . ℎ
2

𝑤
𝑣𝑐2
≥ 𝑚 .ℎ
2
𝑟

𝑔𝑤𝑟

2ℎ

⟹ 𝑣𝑐 ≤ √

(III)

Tóm lại, từ những phân tích trên các kích thước chiều dài, rộng, cao và khoảng cách
trục của xe phải thỏa mãn các điều kiện (𝐼), (𝐼𝐼) và (𝐼𝐼𝐼). Đồng thời, dựa vào phương
trình (3) cùng cách bố trí các linh kiện, gá đặt các thiết bị để tìm ra kích thước phù hợp.
𝑎𝑟 𝑎2
≤
𝑔
ℎ
𝑣𝑐 < √𝜇𝑔𝑟
𝑔𝑤𝑟
𝑣𝑐 ≤ √
2ℎ
𝑎𝑟
𝜇
𝑎1
≤
.
ℎ 𝑙
𝑔
1−𝜇
{
𝑙
Dựa vào mô hình thiết kế phác thảo trên phần mềm SolidWork cho ta các thông số
như sau 𝑙 ≈ 156; 𝑎1 ≈ 96; 𝑎2 ≈ 60; ℎ ≈ 36; 𝑤 ≈ 152
Kiểm tra các điều kiện

0.051 ≤ 1.67
1 < 1.21
{
1 ≤ 3.22
0.051 ≤ 0.2
2. Tính toán công suất động cơ[1]
 Công suất cần cung cấp cho xe di chuyển ổn định với tốc độ 𝑣
𝑃 = 𝐹𝑓 𝑣
Mà 𝐹𝑓 = 𝐹𝑟𝑜𝑙𝑙 + 𝐹𝑎𝑖𝑟 tổng lực của lực ma sát lăn và lực cản của không khí
Nhóm 1

17


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line

Với
𝐹𝑟𝑜𝑙𝑙 = 𝜇𝑟 𝑁 = 𝜇𝑟 𝑚𝑔
{

1
1
𝐹𝑎𝑖𝑟 = 𝐶𝐴𝜌𝑣 2 = × 0.5 × 𝐴 × 1.2. 𝑣 2 = 0.3𝐴𝑣 2 , 𝐶 ∈ (0.3 ÷ 0.5)
2
2
⟹ 𝑃 = (𝐹𝑟𝑜𝑙𝑙 + 𝐹𝑎𝑖𝑟 )𝑣 = (𝜇𝑟 𝑚𝑔 + 0.3𝐴𝑣 2 )𝑣

(6)

 Công suất cần cung cấp cho xe tăng tốc từ 0 đến 𝑣 trong thời gian 𝑡
Động năng của xe
𝐾=

1
𝑚𝑣 2
2

Công suất cần cung cấp để đạt được gia tốc 𝑎 = 𝑣/𝑡
𝑃′ =

𝐾
𝑡

Công suất có ích toàn bộ
𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑃 + 𝑃′
Công suất cung cấp
𝑃𝑖𝑛 =

𝑃𝑜𝑢𝑡
= 𝐾. 𝑃𝑜𝑢𝑡
𝜂

Với 𝜂 = 𝑛𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝜂𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙𝑙𝑒𝑟 𝜂𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛
Thông thường: 𝑛𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 0.9; 𝜂𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙𝑙𝑒𝑟 = 0.75; 𝜂𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛 = 0.97
Chọn 𝐾 = 2
𝑃𝑖𝑛 = 2𝑃𝑜𝑢𝑡
Tóm lại, công suất động cơ được tính như sau
𝑃𝑖𝑛 = 2𝑃𝑜𝑢𝑡 = 2(𝑃 + 𝑃′ )

Trong đó
𝑃 = (𝜇𝑟 𝑚𝑔 + 0.3𝐴𝑣 2 )𝑣
𝑃′ =

1 𝑚𝑣 2
2 𝑡

𝑣 = 𝜔. 𝑟𝑤ℎ𝑒𝑒𝑙
Kết quả tính toán
𝜔=

𝑣
𝑟𝑤ℎ𝑒𝑒𝑙

×

60
≈ 240 (𝑟𝑝𝑚)
2𝜋

𝑃𝑖𝑛 = 3.65 (𝑤)
3. Tính toán moment xoắn động cơ[1]
 Tổng lực kéo của xe
𝐹𝑘 = 𝐹𝑓 + 𝐹𝑡𝑡 = 𝜇𝑟 𝑚𝑔 + 0.3𝐴𝑣 2 + 𝑚𝑎

Nhóm 1

18

Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line
⟹ 𝜏 = 𝐹𝑘 . 𝑟𝑤ℎ𝑒𝑒𝑙

Momen cực đại
𝜏𝑚𝑎𝑥 = 𝐹𝑥2 . 𝑟𝑤ℎ𝑒𝑒𝑙 =

1
(𝜇𝑚𝑔. 𝑟𝑤ℎ𝑒𝑒𝑙 )
2

Vì vậy, để xe không bị trượt bánh thì momen cung cấp phải thỏa mãn điều kiện
𝜏 ≤ 𝜏𝑚𝑎𝑥
⟹ 𝜏 ≤ 1.17 (𝑁𝑚)
Từ kết quả tính toán được về 𝜔, 𝑃 và 𝜏 ta chọn được động cơ DC GA25 V1, có các
thông số kỹ thuật như sau
𝜔𝐷𝐶 = 284 (𝑟𝑝𝑚)
𝑃𝐷𝐶 = 13.2 (𝑤)
𝜏𝐷𝐶 = 0.0082 (𝑁/𝑚)
4. Dung sai[2,3,4]
a. Chọn dung sai lắp ghép
 Mối lắp giữa gờ định vị của động cơ với đồ gá: là mối lắp cố định nhưng động cơ
cần tháo lắp được, và cần đảm bảo định tâm tốt cho trục quay. Động cơ là chi tiết
được chế tạo sẵn do đó mối lắp sẽ được lắp theo hệ thống trục. Vì vậy chọn mối lắp
𝜙7𝐾7/ℎ6, đây là mối lắp trung gian ưu tiên, độ dôi không lớn đủ để định tâm chi
tiết và ngăn ngừa các chấn động của chi tiết khi quay (Hình H.𝟐𝟏).

𝜙7𝐾7

H.𝟐𝟏 Dung sai lắp ghép giữa động cơ và đồ gá
 Mối lắp giữa phần thân trụ của vis shoulder bolt với đồ gá: là mối ghép cố định, dùng
để định tâm với độ chính xác cao các lỗ dưới mặt đáy của đồ gá với các lỗ trên khung
xe, phần trục của vis cần có thể dịch chuyển tịnh tiến để lắp phần ren của vis với phần
ren của lỗ cho việc cố định giữa đồ gá và khung xe. Mối lắp giữa vis shoulder bolt
và đồ gá được lắp theo hệ thống trục vì vis shoulder bolt là chi tiết chế tạo sẵn. Do
đó chọn mối lắp 𝜙6𝐻7/ℎ6 (Hình H.𝟐𝟐).
 Mối lắp giữa phần thân trụ của vis shoulder bolt với khung xe: yêu cầu của mối lắp
giống với như mối lắp vis với đồ gá nên chọn mối lắp 𝜙6𝐻7/ℎ6 (Hình H.𝟐𝟐).

Nhóm 1

19


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line

𝜙6𝐻7

H.𝟐𝟐 Dung sai lắp ghép giữa vis với đồ gá và khung xe
 Từ dung sai lắp ghép ở trên, tra bảng P4.1[1] ta có được các dung sai kích thước như
+0.012
sau: lỗ 𝜙7+0.005
.
−0.01 , lỗ 𝜙6
Bảng 4.1 Miền dung sai sai lệch kích thước giới hạn lỗ (trích từ bảng P4.1).
Miền dung sai
Kích thước 𝑚𝑚

𝐻7
…
𝐾7
Sai lệch giới hạn 𝜇𝑚
+10
0
...
1...3
0
-10
+12
+3
...
Trên 3 đến 6
0
-9
+15
+5
...
Trên 6 đến 10
0
-10
...
...
...
b. Tính chuỗi kích thước
 Dung sai vị trí lỗ lắp động cơ: để đảm bảo sai số của toàn bộ hệ thống thì dung sai
độ đồng tâm giữa 2 bánh xe 𝑒 ≤ 0.1𝑚𝑚 (Hình H.𝟐𝟑).
Bánh xe 1
∆𝑥

∆𝑦

Bánh xe 2

𝑒

H.𝟐𝟑 Khoảng cách sai lệch tâm giữa 2 bánh xe
Ta lại có
𝑒 = √∆2𝑥 + ∆2𝑦
Giả sử
∆𝑥 = ∆𝑦
𝑒
⟹ ∆𝑥 = ∆𝑦 =
≤ 0.07
√2
 Xét trên mặt phẳng chứa ∆𝑦 và song song với mặt cắt dọc trục động cơ, ta có các
khâu hình thành chuỗi kích thước như hình vẽ (Hình 1.4).

Nhóm 1

20


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line

𝐴

𝐴2

𝐴1

H.𝟐𝟒 Các khâu hình thành chuỗi kích thước
 Từ hình trên ta được chuỗi kích thước như sau
𝐴

𝐴1
𝐴2

trong đó,
 𝐴2 : là khâu thành phần tăng
 𝐴1 : là khâu thành phần giảm
 𝐴 . : là khâu khép kín.
Vì ∆𝑦 ≤ 0.07 và 2 chi tiết đồ gá có thể đổi lẫn cho nhau nên dung sai khâu khép
kín 𝐴 . từ −0.035 đến +0.035. Từ đó ta cần tính toán lại dung sai của các khâu
thành phần 𝐴1 , 𝐴2 .
Ta có:
Phương trình cơ bản của chuỗi kích thước là:
𝐴 . = 𝐴2 − 𝐴1
Kích thước danh nghĩa của khâu khép kín:
𝐷𝐴 . = 𝐷𝐴2 − 𝐷𝐴1 = 15 − 15 = 0 (𝑚𝑚)
Tính cấp chính xác chung của các khâu thành phần
Ta có:
𝑎𝑚 =

𝐴 .
𝑚+𝑛
𝑖=1 𝑖𝑖
3

3

Với 𝑖1 = 𝑖2 = 0.45√𝐷 + 0.001𝐷 = 0.45√15 + 0.001 × 15 = 1.08
𝑎𝑚 =

70
70
=
≈ 33
2𝑖 2 × 1.08

Dựa vào bảng 4.1, ta thấy 𝑎𝑚 gần với 40 nên ta chọn cấp chính xác 9 làm cấp
chính xác chung cho các khâu thành phần.
Với cấp chính xác IT9 ta tra sai lệch giới hạn và dung sai cho khâu 𝐴2
Nhóm 1

21


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line
𝐴2 = 15𝐻9 = 15+0.043 (𝑚𝑚)

Chọn khâu 𝐴1 là khâu để lại tính, vì nó là khâu giảm nên:
𝑚+𝑛

𝑇1 = 𝑇 . − ∑ 𝑇𝑖
𝑖=1

= 70 − 43 = 37 (𝜇𝑚)
Tính sai lệch
𝑚

𝑛−1

𝑒𝑚𝑘 = ∑ 𝐸𝑚𝑖 − ∑ 𝑒𝑚𝑗 − 𝐸𝑚
𝑖=1

.

𝑗=1

0.043
− 0 − 0 = 0.0215 (𝑚𝑚)
2
𝑇𝑘
𝑒𝑠𝑘 = 𝑒𝑚𝑘 + = 0.0215 + 0.0185 = 0.04 (𝑚𝑚)
2
⟹{
𝑇𝑘
𝑒𝑖𝑘 = 𝑒𝑚𝑘 − = 0.0215 − 0.0185 = 0.003 (𝑚𝑚)
2
=

+0.04
Do đó 𝐴1 = 150.003
(𝑚𝑚), 𝐴2 = 15+0.043 (𝑚𝑚).

Ta thấy miền dung sai của khâu 𝐴2 sai khác rất ít so với miền dung sai 𝐴1 và các
chi tiết đồ gá có thể đổi lẫn cho nhau. Vì vậy, ta chọn miền dung sai của 2 khâu
𝐴1 và 𝐴2 như nhau đều là 15+0.04.
 Tương tự, xét trên mặt phẳng chứa ∆𝑥 và song song với mặt cắt dọc trục động cơ,
ta có các khâu hình thành chuỗi kích thước như hình vẽ (Hình H.𝟐𝟓).

𝐴

𝐴1
𝐴2

H.𝟐𝟓 Các khâu hình thành chuỗi kích thước
Từ hình trên ta được chuỗi kích thước như sau
𝐴

𝐴1
𝐴2

trong đó,
 𝐴2 : là khâu thành phần tăng
 𝐴1 : là khâu thành phần giảm
 𝐴 . : là khâu khép kín.

Nhóm 1

22


Đồ án TKHT Cơ-Điện Tử

Xe Đua Dò Line

Vì ∆𝑥 ≤ 0.07 và 2 chi tiết đồ gá có thể đổi lẫn cho nhau nên dung sai khâu khép
kín 𝐴 . từ −0.035 đến +0.035. Từ đó ta cần tính toán lại dung sai của các khâu
thành phần 𝐴1 , 𝐴2 .
Ta có:
Phương trình cơ bản của chuỗi kích thước là:
𝐴 . = 𝐴2 − 𝐴1
Kích thước danh nghĩa của khâu khép kín:
𝐷𝐴 . = 𝐷𝐴2 − 𝐷𝐴1 = 40 − 20 = 20 (𝑚𝑚)
Tính cấp chính xác chung của các khâu thành phần
Ta có:
𝑎𝑚 =

𝐴 .
𝑚+𝑛
𝑖=1 𝑖𝑖

Với 𝑖1 = 0.9; 𝑖2 = 1.08
𝑎𝑚 =

70
70
=
≈ 36
𝑖1 + 𝑖2 0.9 + 1.08

Dựa vào bảng 4.1, ta thấy 𝑎𝑚 gần với 40 nên ta chọn cấp chính xác 9 làm cấp
chính xác chung cho các khâu thành phần.
Với cấp chính xác IT9 ta tra sai lệch giới hạn và dung sai cho khâu 𝐴2

𝐴2 = 42𝐻9 = 42+0.062 (𝑚𝑚)
Chọn khâu 𝐴1 là khâu để lại tính, vì nó là khâu giảm nên:
𝑚+𝑛

𝑇1 = 𝑇 . − ∑ 𝑇𝑖
𝑖=1

= 70 − 62 = 8(𝜇𝑚)
Tính sai lệch
𝑚

𝑛−1

𝑒𝑚𝑘 = ∑ 𝐸𝑚𝑖 − ∑ 𝑒𝑚𝑗 − 𝐸𝑚
𝑖=1

.

𝑗=1

0.052
− 0 − 0 = 0.026 (𝑚𝑚)
2
𝑇𝑘
𝑒𝑠𝑘 = 𝑒𝑚𝑘 + = 0.026 + 0.004 = 0.03 (𝑚𝑚)
2
⟹{
𝑇𝑘
𝑒𝑖𝑘 = 𝑒𝑚𝑘 − = 0.026 − 0.004 = 0.022 (𝑚𝑚)
2

=

+0.062
Do đó 𝐴1 = 21+0.03
(𝑚𝑚)
+0.022 (𝑚𝑚), 𝐴2 = 42

 Dung sai vị trí của lỗ cho mối lắp vis
 Sai lệch cho phép ∆𝑙 từ chuẩn đến tâm lỗ cho loại mối ghép vis được xác định
theo công thức
∆𝑙 = ±0.18(𝑑 − 𝑑0 )
Nhóm 1

23