1

MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÀ ỨNG DỤNG
ROBOCAR

Nguyễn Thiện Phúc, Trần Minh Nghĩa, Lê Hoàng Giang
Trung tâm NCKT Tự động hoá, ĐHBK - HN

Tóm tắt
Trong bài này giới thiệu một số kết quả nghiên
cứu thiết kế chế tạo và ứng dụng Robocar của Trung tâm
NCKT tự động hoá, ĐHBK - HN. Trình bày các phương
pháp tính toán động học và xây dựng các thuật toán điều
khiển chuyển động của Robocar khi yêu cầu bám theo
đường dẫn và tránh được chướng ngại v.v. Đồng thời
giới thiệu một số ứng dụng thực tế.
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Robocar là loại robot di động trên xe (a car-like
mobile robot). Hệ thống thiết bị chấp hành gồm 2 phần:
tay máy và xe, nhưng có chung hệ thống điều khiển.
Robocar chủ yếu hoạt động trong các phân xưởng, bến
bãi, với địa hình không quá phức tạp nên kết cấu xe
cũng rất đơn giản.
2. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC
Trước hết đối với tay máy của robocar thì về
nguyên tắc có thể dùng nhiều loại cơ cấu khác nhau. Ở
đây chọn loại cơ cấu Robot RP thuộc nhóm robot phỏng
sinh trục ngang (bắt chước cơ cấu tay người). Sự khác
biệt của robot này so với các kiểu robot phỏng sinh khác

Hình 1
Trên hình 1 là trường hợp 3 bánh, 2 bánh
sau chủ động và là các bánh lái. Cho hệ toạ độ x
d
y
d

z
d
gắn liền với xe di động, có gốc tại điểm D trung
tâm xe. Ở vị trí xuất phát điểm D trùng với điểm C
(p
x
y
y
0) trong không gian cố định x, y, z. Điểm C
nằm trên trục bánh xe sau và cách đều chúng một
khoảng b, còn D nằm giữa 2 trục bánh xe trước và
sau với khoảng cách 2a.
Gọi V là vận tốc di chuyển và ω là vận tốc
góc của xe, tương ứng với góc lái α. Theo các quan
hệ vận tốc, dễ dàng có các biểu thức sau:
V =
2
tp
VV
+

+
−
=
α
(4)
Với R và ω
p
- bán kính và vận tốc góc của
bánh phải,
V
p
và V
t
- vận tốc trên bánh phải và bánh
trái.
Khi cần xét chuyển động của điểm T trên
xe, gắn liền với dụng cụ thao tác (ví dụ, đầu dò, đầu
cắt, đầu hàn v.v.) ta gắn hệ toạ độ x
t
, y
t
, z
t
tại điểm O
t

của xe có toạ độ (m, n, h) trong hệ toạ độ x
d
y
d


t

y

d

c

O

t

T

m

n

P

P

y

x
c
, x
d


= M
oc
.M
cd
.M
dt
(7)
Trong đó:
M
0c
=












−
1000
0100
0cossin
0sincos
y
x











−
1000
100
0cossin
0sincos
h
n
m
θθ
θθ
(10)
Bài toán sẽ tổng quát hơn nếu hệ thống tay
máy của robocar được đặt tại điểm O
t
nói trên và kết nối
hệ toạ độ x
t
, y
t
, z

bậc tự do, thực hiện bởi 3 động cơ một chiều điện áp
24V và một động cơ bước, ngoài ra còn một động cơ
bước cho bàn kẹp.
Phần dưới của Robocar RP là một xe 3
bánh. Bánh trước đóng vai trò vừa là bánh lái vừa là
bánh truyền động, đều dùng động cơ 1 chiều.
Robocar RP làm việc theo chế độ tự hành
nên được trang bị một hệ thống quan sát có thể nhận
biết môi trường xung quanh. Hệ thống quan sát là các
sensor quang học gắn trên khung xe nhằm phát hiện
các chướng ngại trên đường đi. Khi phát hiện chướng
ngại, Robocar dừng lại và báo hiệu.

ã
vị trí
Nguồn
cung c
ấp
12 V
Driver
cho đ
ộng
cơ bước

Step2

Step 1

Tải 4

Tải 5M
ạch role
đi
ều khiển
DC
DC4

DC5

Tải 6

Hỡnh 5 Khi bt in cho Robocar chng trỡnh
c khi ng t u. Nú thc hin khi to cho b
xi x lý 89C52 a bỏnh lỏi v v trớ u vi gúc lỏi
bng 0
0
thng
vi hng tin ca xe, vũi phun c a v v trớ
ban u.
Khi n nỳt START ng c chuyn ng v
ng c lỏi c ni in xe tin v phớa trc, cỏc
cm bin xa, gn c ni in v dựng iu
khin ng c lỏi xe. ng c bm nc c khi
ng to ỏp sut cho vũi phun nc.
Cỏc cm bin o khong cỏch c b trớ
theo sn trỏi ca xe o khong cỏch ti vỏch ta.
Cỏc cm bin c iu chnh nh sau: Cm bin o
c ly gn c iu chnh thay i trng thỏi khi
cỏch vỏch ta 500mm, cm bin o c ly xa c

b dch chộo cho h vi x lý 8051 v c np bng
b np chuyờn dng.
5. KT LUN
Trờn õy ó trỡnh by phng phỏp tớnh toỏn
ng hc v xõy dng cỏc thut toỏn iu khin
chuyn ng ca robocar trong hp chung nht,
khụng xem xột tỏch bit phn xe riờng, phn robot
1

8

32

29

89C52

9

B KTT

17

10


m
vo
ra
A1013

1
Ra
2
Ra 4

Ra 3

P3.7
P3.6
P3.5
P3.4
P3.3
P3.2
P3.1
P3.
0
CB góc lái
sau
CB vật cản
CB góc lái tr<ớc
CB xa
CB gần
Chọn chế độ
20

P0.5
P0.4
P0.3
P0.2
P0.1

31

5
v
40

5
v
Vcc

START
5
v
Reset


m
vo
v
ra
Ra

m
ra
ULN
2803

m
ra
ULN

SOME RESULTS OF DESIGNING,
MANUFACTURING
AND APPLICATION OF THE ROBOCAR

Nguyen Thien Phuc, Tran Minh Nghia, Le Hoang Giang
Research Centre of Automation, Hanoi University of
Technology

In this paper are introduced some results of
studying and applying of the Robocar produced at the
RCA of Hanoi University of Technology. The paper
presents a method of kinematic calculation and
establishment of algorithm calculation for motion
control along a described trajectory and for a way
avoided obstacles v.v In this paper are also introduced
some application of robocar PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version