ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU XE HAI BÁNH DI CHUYỂN VÀ TỰ
CÂN BẰNG

Giáo viên hướng dẫn : TS Lê Ngọc Bích
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Văn Phi

21002373

Hồng Triệu Phú

21002416

Phạm Anh Quân

21002626

Phạm Trường Sơn

21002773


I. TỔNG QUAN VỀ XE HAI BÁNH TỰ CÂN BẰNG
1. Ý TƯỞNG
- Xe hai bánh tự cân bằng xuất phát từ ý tưởng đã được thương mại hóa của công ty
Segway: kết hợp ý tưởng về cách giữ thăng bằng của con người trên đôi chân và
độ cơ động trong di chuyển của các loại xe di chuyển bằng bánh.
- Xây dựng một phương tiện vận chuyển mới trong khu vực chật hẹp, dung trợ giúp
di chuyển cho người già và trẻ em

động cơ gây ra) và cứng làm chân mỏi.
- Không thể làm việc khác khi đang đi xe.
- Không đủ nhanh để đi đường trường.
- Tải trọng có giới hạn, không thể hai người trên một xe.
- Không thể leo bậc thang có chiều cao quá ½ bán kính bánh xe.

5. MỘT SỐ MÔ HÌNH TRÊN THẾ GIỚI
Trên thế giới cũng đã có một số nước đã nghiên cứu và cho ra đời những loại xe hai bánh tự cân
bằng, sau đây là một số thong tin về chúng
-

Balance bot I : Sanghyuk, Hàn Quốc thực hiện


-

Balance robot (Bbot) : Jack Wu và Jim Bai, đại học Carnegie

-

JOE : phòng thí nghiệm điện tử công nghiệp của Viện Công Nghệ Federal,
Lausanne, Thụy Sỹ


-

Equibot : do Dan Piponi thực hiện.

-


Input: góc giữa thân xe so với phương ngang.
Output: vận tốc hoặc góc quay của động cơ.
Các kích thước: 𝑑𝑤 < 200 𝑚𝑚, 300 ≤ 𝑙𝑎 ≤ 500 𝑚𝑚, 𝑤𝑏 ≤ 300 𝑚𝑚

2. CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
a. Về phương pháp cân bằng
PHƯƠNG ÁN 1: sử dụng đĩa xoay tạo momen xoắn


 Nguyên lý:
Ta sử dụng một đĩa tròn có khối lượng m quay quanh trục song song với trục bánh xe,
trục của đĩa nối cứng với thân xe, khi đĩa quay sẽ tạo momen xoắn làm thay đổi góc nghiên của
thân xe.
 Ưu điểm:
- Xe có thể cân bằng tại chổ.
- Không đòi hỏi động cơ có số vòng quay lớn.
- Không cần đổi chiều chuyển động của xe khi cân bằng
 Nhược điểm:
- Cơ cấu phức tạp.
- Đòi hỏi đĩa xoay không được lệch tâm
PHƯƠNG ÁN 2: Sử dụng khối nặng thay đổi trọng tâm
 Nguyên lý: Thay đổi trọng tâm của hệ bằng cách thay đổi góc giữa thân xe và khối nặng.

 Ưu điểm:
- Khả năng cân bằng tạo chổ.
 Nhược điểm:
- Cơ cấu cồng kềnh
- Khối nặng có quán tính nên thời gian đáp ứng của hệ chậm.
PHƯƠNG ÁN 3: Sử dụng cơ cấu con lắc ngược.
 Nguyên lý:

- Thuật toán cân bằng đơn giản
b. Về điều khiển
PHƯƠNG ÁN 1: sử dụng bộ điều khiển PLC
 Ưu điểm:
- Phần cứng gọn nhẹ, thiết kế chắc chắn, độ ổn định cao.
- Khả năng mở rộng thông số đầu vào/ra đơn giản.
- Lập trình và sửa đổi đơn giản.
- Dễ giám sát và phát hiện lỗi.


 Nhược điểm:
- Cần tích hợp giao diện người-máy.
- Kiến trúc đóng kính, khó tích hợp sản phẩm ngoài.
- Khả năng xử lý yếu.
PHƯƠNG ÁN 2: sử dụng vi điều khiển 8051
 Ưu điểm:
- Tích hợp nhiều modun ngoại vi tích hợp sẵn: PWM,ADC…dễ dàng lập trình điều
khiển ít bị nhiễu, bộ nhớ chương trình lớn từ 512 word đến 32K word
- Tốc độ xử lý cao.
- Giá thành rẻ hơn so với PIC và PLC
- Lập trình tương đối dễ dàng.
 Nhược điểm:
- Làm việc không ổn định.
PHƯƠNG ÁN 3: sử dụng vi điều khiển
Ưu điểm: tương tự như 8051, tuy nhiên khả năng làm việc ổn định, tốc độ xử lý nhanh hơn.
 Vì những ưu điểm như tốc độ xử lý cao, tính làm việc ổn định cũng như dễ dàng lập
trình, do đó ta sử dụng PIC để lập trình điều khiển cho hệ thống.
c. Về động cơ
Các yêu cầu về động cơ trong robot hai bánh tự cân bằng:
-