96 Đặng Văn Nghìn, Phạm Thành Kha, Phan Huỳnh Lâm, Trương Thế Dũng

VCM2012
Thiết kế bộ điều khiển xe ghế đa hướng linh hoạt
Design the controller of omnidirectional wheelchair
PGS.TS Đặng Văn Nghìn
1
, Phạm Thành Kha
1
, Phan Huỳnh Lâm
2
, Trương Thế Dũng
1

1
Viện Cơ Học Và Tin Học Ứng Dụng Tp.HCM
e-Mail: 2
Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về Điều khiển số và Kỹ thuật Hệ thống
e-Mail:

Tóm tắt
Xe ghế đa hướng mà bài báo đang giới thiệu là loại xe sử dụng bốn bánh xe mecanum được bố trí
vuông góc với nhau và có hệ thống giảm sốc, do đó xe có khả năng di chuyển rất linh hoạt trong không
gian hẹp và kết cấu đặc biệt nên xe ghế không chỉ có thể hoạt động trên địa hình bằng phẳng mà còn thể
hoạt động trên các địa hình gồ ghề. Ngoài ra, hệ thống điều khiển được trang bị thuật toán Fuzzy-PID
thích hợp cho việc điều khiển dạng xe có hệ thống giảm sốc.
Abstract
Omni - Direction Wheelchair is kind of the vehicle using four Mecanum wheels which are arranged

phù hợp với người già yếu hay những đối tượng
không có khả năng sử dụng tay, đối với xe điện,
nhiều xe hiện tại vẫn còn cồng kềnh, gây khó khăn
cho người sử dụng. Ngoài ra nhưng xe lăn này
không đáp ứng được nhu cầu di chuyển ở những
nơi chật hẹp, việc quay đầu, rẽ, đòi hỏi nhiều diện
tích…trong khi không gian sinh hoạt đang ngày
càng bị thu hẹp bởi sự phát triển dân số.
Để giải quyết các vấn đề này chúng tôi đưa ra giải
pháp thiết kế xe lăn sử dụng các bánh xe
Mecanum. Nhờ kết cấu đặc biệt của bánh xe
Mecanum có thể tạo ra nhiều chuyển động phức
hợp theo phương pháp cộng vector. Bằng cách kết
hợp các chuyển động của từng bánh xe, xe có thể
thực hiện các chuyển động cơ bản tiến-lùi, chuyển
động theo phương ngang hay chéo, chuyển động
xoay tròn một cách dễ dàng trong một không gian
chật hẹp mà không cần thay đổi trục bánh
xe.Thêm vào, việc xe ghế có khả năng di chuyển
trên địa hình không bằng phẳng một cách dễ dàng
nhờ vào hệ thống giảm sốc của xe.
Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 97

Mã bài: 26
Trong bài báo này, chúng tôi sẽ trình bày thiết kế,
chế tạo xe ghế và bộ điều khiển của xe.
2. Thiết kế bộ điều khiển
Để thực hiện được các yêu cầu di chuyển linh
hoạt trong không gian hẹp và gồ ghề, xe ghế đa
hướng cần có kết cấu cơ khí đặc biệt và cách điều

t
v

: là vận tốc tịnh tiến của xe.
tx
v

: vận tốc tịnh tiến theo phương x.
ty
v

: vận tốc tịnh tiến theo phương y.
 Xác định vectơ vận tốc ở mỗi bánh

H.3: Sơ đồ tịnh tiến các lực về bánh xe
 Xác định vectơ vận tốc ở mỗi bánh H.4: Sơ đồ phân tích vận tốc tổng quát
 Xác định vectơ vận tốc trên con lăn: H.5: Sơ đồ phân tích vận tốc trên con lăn
Vận tốc
v

của con lăn gồm 2 thành phần:
98 Đặng Văn Nghìn, Phạm Thành Kha, Phan Huỳnh Lâm, Trương Thế Dũng

VCM2012
































)(
)(
)(
)(
1
1
1
1
1
1
1
1
4
3
2
1
(2)

Phương trình động học thuận :












1
1
1
1
1
1
1
1
1
4
1

(3) H.6: Các chuyển động cơ bản của xe ghế
2.2 Mạch điện và điều khiển
Để điều khiển xe, ta sử dụng Joystick. Tín hiệu
Joystick là tín hiệu tương tự analog cho 2 trục X-
Y. Hai giá trị analog được đưa tới vi điều khiển
thông qua bộ đọc ADC. Với những tín hiệu ở các
kênh ADC khác nhau thì bộ điều khiển xuất tín
hiệu để điều khiển bốn động cơ thông qua mạch
công suất.

Ngoài ra, xe ghế đa hướng còn được trang bị các
khối cảm biến như : cảm biến encoder, cảm biến
siêu âm, cảm biến dòng điện. Với bộ điều khiển
vòng kín (Fuzzy-PID) sẽ làm cho xe ghế di chuyển
chính xác và giảm sai số thấp nhất có thể. Mọi


Mã bài: 26
encoder và ra lệnh cho PIC Slave điều khiển 2
động cơ còn lại.
Khi người sử dụng gửi một tín hiệu điều khiển xe
thông qua joystick chuyển động theo một hướng
nào đó. Khi nhận được tín hiệu, bộ xử lý trung tâm
sẽ điều chỉnh PWM thông qua board công suất để
điều khiển động cơ sao cho xe di chuyển theo
hướng cần điều khiển.
Trong quá trình xe ghế hoạt động sẽ bị ảnh hưởng
của nhiều yếu tố khác nhau như : sai số trong quá
trình thiết kế cơ khí, ảnh hưởng của bộ truyền đai,
đia hình hoạt động các yếu tố này làm cho quá
trình chuyển động của xe ghế bị sai lệnh về vận
tốc và hướng di chuyển. Sử dụng thuật toán điều
khiển vòng kín Fuzzy-PID sẽ làm cho xe di
chuyển chính xác phù hợp với Joystick.

H.9: Bộ điều khiển
Các tín hiệu đọc được từ các cảm biến sẽ được hai
con vi điều khiển truyền thông qua lại với nhau và
tín toán các thông số Fuzzy-PID và xuất ra tìn hiệu
điều khiển phù hợp
Thuật toán đề xuất của chúng tôi như sau, board
chủ sẽ đọc dữ liệu Encoder từ 4 bánh và dòng điện
qua động cơ, sau đó sẽ dùng thuật toán Fuzzy –
PID để chọn thông số thích hợp điều khiển.

H.10: Mạch driver động cơ

100 Đặng Văn Nghìn, Phạm Thành Kha, Phan Huỳnh Lâm, Trương Thế Dũng

VCM2012

H.11: Xe ghế đa hướng hoàn chỉnh

B.2: Thông số xe ghế

Lời cảm ơn
Chúng tôi cám ơn sự giúp đỡ của Phòng thí
nghiệm trọng điểm Quốc gia về Điều khiển số và
Kỹ thuật Hệ thống (DCSELAB) đã hỗ trợ kinh phí
đễ thực hiện đề tài: “Thiết kế chế tạo mô hình xe
ghế (WheelChair) đa hướng linh hoạt”, mã số
B2012-20b-01.

Tài liệu tham khảo
[1] Benjamin Woods, “Omni-directional
Wheelchair”, the university of Western
Australia, 10/2006
[2] Quang. Ng.Ph.; Dittrich, J A.: Praxis der
feldorientierten Drehstromantriebs-regelungen.
2. Aufl., Expert-Verlag, 1999
[3] Yeh-Liang Hsu, Po-Er Hsu, Chau-Heng Tu,
Chia-Hung Lu, Yan-Wei Chen, Yeh-Liang Hsu,
“Platform Design For The Intelligent Robotic
Wheelchair”, the 25
th
World Electric Vehicle
Symposium and Exposition (EVS 25),