T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ
-
Sè 4
(44)
/
N¨m 2007
–

97
ỨNG DỤNG ENCODER ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN
ĐƯỜNG ĐI CỦA ROBOT TỰ ĐỘNG
Nguyễn Tiến Dũng (Trường Đại học KTCN - ĐH Thái Nguyên)
1. Đặt vấn đề
Trong các cuộc thi robocon vừa qua các đội tuyển của trường Đại học Kỹ thuật Công
nghiệp Thái Nguyên đã có nhiều thành công. Về mặt kỹ thuật đã có nhiều tiến bộ rõ rệt như: Cơ
khí, mạch điện tử, lập trình và tư duy chiến thuật khi thi đấu. Trong đó có thể nói về phần cơ khí
và mạch điện tử đã hoàn thiện, cụ thể là các robot bằng tay tương đối chắc chắn và linh hoạt
không kém các đội mạnh trên toàn quốc, tuy nhiên robot tự động thường kém ổn định và chưa
linh hoạt trong thi đấu. Đó là vì chưa tìm ra một thuật toán điều khiển tối ưu cho robot tự động.
Trong bài báo này xin giới thiệu cách ứng dụng encoder kết hợp với các cảm biến quang học để
điều khiển đường đi của robot.
2. Sơ đồ khối
Như chúng ta đã biết những năm gần đây các đội tuyển điều khiển đường đi của robot
phần lớn dựa vào tín hiệu từ các cảm biến nhận vạch trên sân. Việc lập trình chỉ đơn thuần là
nhận tín hiệu từ cổng này để tính toán rồi xuất tín hiệu ra cổng khác. Sự hoạt động của robot phụ
thuộc rất nhiều vào sự ổn định và chính xác của các cảm biến. Do vậy gặp rất nhiều nhược điểm
như: Chịu ảnh hưởng của ánh sáng, của thời tiết, điều kiện sân bãi, hơn thế nữa đề thi nhiều khi
yêu cầu robot đi vào những vùng không có vạch hoặc phát hiện những vùng cấm, điều này nếu
chỉ dùng cảm biến tìm vạch sẽ không hiệu quả. Để khắc phục những nhược điểm trên, ta có thể
dùng thêm các bộ encoder lấy tín hiệu từ hai bánh xe để xác định chính xác vị trí của robot, từ
đó tính toán so sánh và đưa ra những tín hiệu điều khiển tới chuyển động của hai bánh. Sơ đồ

Bộ encoder gồm một bánh xe có dạng như hình vẽ 2. Trên đó ta xẻ một rãnh ở vòng
trong được gọi là rãnh định vị, ở vòng ngoài ta xẻ các rãnh đều nhau trên chu vi của bánh (Số
rãnh nhiều hay ít tuỳ thuộc vào yêu cầu về “độ mịn” trong quá trình
điều khiển), giả thiết là có N rãnh. Như vậy nếu đặt các bóng thu –
phát đối xứng nhau ở hai bên của các rãnh, và sử dụng bộ đếm xung.
Có thể thấy, cứ mỗi lần quay qua một rãnh, thì bộ đếm lại được tăng
lên một đơn vị. Dựa vào số xung đếm được ta có thể xác định được
đoạn đường chuyển động của bánh xe. Tuy nhiên, nếu cứ đếm như
vậy thì bộ đếm sẽ rơi vào vòng đếm vô hạn, chưa kể mỗi lần có rung
động, trượt bánh hay nhiễu có thể làm ta xác định nhầm số vòng
quay của bánh xe. Để khắc phục điều này, người ta xẻ thêm một rãnh
ở vòng trong gọi là rãnh định vị để đếm số vòng quay của bánh. Cứ mỗi lần bộ đếm này nhận
được một xung thì sẽ gửi tín hiệu reset lại bộ đếm ở vòng ngoài. Như vậy cho dù bộ đếm ở vòng
ngoài có bị nhiễu lệch đi một vài xung thì vẫn xác định được chính xác số vòng quay đồng thời
bộ đếm ngoài sẽ tránh rơi vào vòng đếm vô hạn. Đoạn đường mà bánh xe chuyển động được xác
định qua công thức:
L = Đ
2
.P+
N
1
Đ
1
.P (Trong đó Đ
1
, Đ
2
tương ứng là bộ đếm vòng ngoài và bộ đếm định
vị, P là chu vi của bánh xe, N số rãnh ở vòng ngoài)
Để xác định được bánh xe đang quay tiến hay quay lùi, ta đặt hai đèn LED lệch nhau

ngang, 02 encoder đặt ở hai bánh xe, ta sẽ dùng nó để giám sát quá trình chạy thẳng trên đoạn đường
có vạch và điều khiển chạy thẳng trên những đoạn đường không có vạch, hoặc quay một góc bất kỳ.
Vị trí đặt các cảm biến và encoder được mô tả như hình 4 Hinh4. Vị trí đặt các cảm biến và encoder
Sơ đồ mạch điều khiển Hình 5. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ
-
Sè 4
(44)
/
N¨m 2007
–

100

Thuật toán điều khiển
Trong ví dụ này chỉ đưa ra lưu đồ thuật toán cho bài toán đơn giản, đó là điều khiển
robot đi thẳng trên đoạn đường có vạch, đếm a vạch ngang (khoảng cách giữa các vạch ngang là
L
1
), sau đó quay sang trái một góc α và đi thẳng một đoạn L
3
(không cần bắt vạch trên sân).
Ở phần trên đã giới thiệu cách xác định các đoạn đường chạy thẳng, để xác định góc

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ
-
Sè 4
(44)
/
N¨m 2007
–

101
Kết quả thực nghiệm
Thuật toán trên đã được các thành viên trong nhóm CN-2007 thử nghiệm với robot tự động
của đội mình, trên nền sân của trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Kết quả cho
thấy robot đã tìm được đúng những vị trí mà thuật toán yêu cầu. Khi thử nghiệm với những thuật
toán phức tạp hơn robot đã trở nên linh hoạt và chính xác hơn nhiều so với khi chưa dùng encoder.
Tuy nhiên, phương pháp này gặp phải nhược điểm là yêu cầu phần cơ khí có độ chính
xác cao, độ bám của bánh xe với bề mặt sân tốt. Việc lắp đặt các encoder phải cực kỳ chính xác.
Khi lập trình cho robot chạy trên những mặt sân khác nhau vẫn cần có những hiệu chỉnh nhất định
về phần mềm. Robot không thể xác định được vật cản phía trước, khi bị đối phương cản phá. Hình 7. Robot tự động của đội CN – 2007 đang dò đường trên đoạn đường không có vạch
5. Kết luận
Mặc dù phương pháp này vẫn gặp nhiều khó khăn trong chế tạo và điều khiển robot, song
đã khắc phục được phần lớn những nhược điểm, mà các đội tuyển gặp phải, trong các phương
pháp điều khiển trước đây. Ở đây chỉ nêu sơ lược về phương pháp áp dụng và thuật toán đơn giản.
Trong bài toán điều khiển cụ thể cần phát triển và đưa ra những thuật toán phức tạp, cụ thể hơn.
Đồng thời chúng ta hoàn toàn có thể ứng dụng tương tự để điều khiển các lĩnh vực khác. Tóm tắt