I H C QU C GIA TP H CHÍ MINH
TR
NG
I H C BÁCH KHOA

KHOA C

KHÍ

LU N V N T T NGHI P

IH C

XE HAI BÁNH T CÂN B NG
DI CHUY N
TRÊN A HÌNH PH NG
MÃ NGÀNH: 128

SVTH :MAI TU N
CBHD :KS. VÕ T

CH

NG TRÌNH ÀO T O K S CH T L
KHÓA 2: 2000 – 2005

TP. H

CHÍ MINH, 07/2005

T

NG QUÂN

NG TRÌNH ÀO T O K S CH T L
KHÓA 2: 2000 – 2005

TP. H

CHÍ MINH, 07/2005

NG CAO


Lôøi caûm ôn
Tôi không th theo đu i và hoàn thành đ tài c a lu n v n trong
vòng 16 tu n n u không có s giúp đ c a nh ng ng i thân và ng i
b n xung quanh. Do v y, v i s trân tr ng và c m kích, tôi xin g i l i
c m n đ n ông bà và cha m , nh ng ng i thân trong gia đình h t
lòng ch m sóc, an i khi g p tr ng i và đ ng viên tôi trong th i gian
th c hi n lu n v n, xin c m n TS. Nguy n V n Giáp và giáo viên tr c
ti p h ng d n lu n v n, th y Võ T ng Quân đã cho phép tôi theo
đu i đ tài và cho nh ng l i khuyên xác đáng, k p th i nh ng lúc g p
khó kh n khi th c hi n trong su t quá trình làm lu n v n t t nghi p đ i
h c. Ngoài ra, tôi c ng xin chân thành c m n anh Quân và anh Kiên
công ty máy tính Bách Khoa đã h tr m t ph n kinh phí và thi t b đ
th c hi n đ tài; c m n ng i anh – Th.S Tr n Công Binh, gi ng viên
b môn Thi t b i n – nhi t tình giúp đ v m t lý thuy t đ hoàn
thành ph n đi n đ ng c công su t cao, m t ph n khá hóc búa c a đ
tài. Ngoài ra, c ng xin c m n Thy và Tâm, hai ng i b n thân thi t
nh t đã giúp tôi hoàn thành b n thuy t minh mà chúng ta đang có trên
tay.

1.4.2 Nh c đi m c a xe.....................................................................................4
1.5 Kh n ng ng d ng ..........................................................................................5
1.6 Tình hình nghiên c u trong và ngoài n c....................................................5
1.6.1 M t s d ng xe hai bánh t cân b ng dùng trên robot .............................5
1.6.2 M t s d ng scooter hai bánh t cân b ng ...............................................9
1.7 Nhu c u th c t ...............................................................................................14
CH

NG 2 NHI M V LU N V N...................................................................15

2.1 M c tiêu đ tài.................................................................................................15
2.2 Ph ng pháp nghiên c u ...............................................................................15
CH

NG 3 LÝ THUY T TI P C N ....................................................................17

3.1 Ph ng pháp tính đ ng l c h c ....................................................................17
3.2 Thu t toán đi u khi n - K thu t đi u khi n hi n đ i ................................24
3.3 Các ph ng pháp x lý tín hi u t c m bi n...............................................29
3.3.1 L c b ph thông t n (complementaty filter) ..........................................29
3.3.2 L c thích nghi - B l c Kalman ...............................................................32
3.3.3 So sánh các b l c v i b l c Kalman.....................................................40
3.4 Mô hinh lý thuy t đ ng c DC ......................................................................43
CH

NG 4 TÍNH TOÁN MÔ PH NG .................................................................45

4.1 Các thông s trong mô hình mô ph ng đ

i

5.2.3.1 Thi t b đo góc gyro Murata ENC-03 ...............................................67
5.2.3.2 ADXL202A .......................................................................................68
5.2.3.3 C m bi n đo v trí- encoder...............................................................73
5.2.3.4 C m bi n đo dòng h i ti p ( i n tr shunt)......................................75
5.2.4 B x lý trung tâm - vi đi u khi n PIC 18F452.......................................76
5.2.4.1 Các kh n ng c a vi đi u khi n Microchip PIC 18F452: .................76
5.2.4.2 M ch đi u khi n trung tâm................................................................79
5.2.5 B ng đi u khi n và hi n th ......................................................................80
5.2.6
ng c ....................................................................................................80
5.2.7 Hình ch p các m ch đi n t ....................................................................85
5.3 Gi i thu t - L u đ ch ng trình .................................................................88
5.3.1 Ch ng trình chính..................................................................................88
5.3.2 Ch ng trình ng t....................................................................................89
5.3.3 C p nh t encoder.....................................................................................91
5.3.4 i u khi n đ ng c ..................................................................................92
5.4 K t qu .............................................................................................................94
CH

NG 6 CÁCH V N HÀNH ..........................................................................95

6.1 Cách s d ng...................................................................................................95
6.2 B o d ng........................................................................................................97
CH

NG 7 K T LU N.........................................................................................98

ii



GYRO MURATA ENC-03..............................................................................118
C M BI N GIA T C ACCELEROMETER ADXL202 ...............................122
CHU N TR C CÁC C M BI N O GÓC..................................................128
TÍNH N NG VI I U KHI N PIC 18FXX2 ................................................131

iii


SVTH: Mai Tu n

t

TÓM T T

TÀI

tài này có th xem là m t c u n i kinh nghi m t mô hình th ng b ng con
l c ng c đ n vi c nghiên c u và ch t o các lo i robot hai chân và robot ng i
(humanoid robot) trong t ng lai. M c tiêu c a đ tài là thi t k và ch t o m t xe
hai bánh t cân b ng, d a trên lý thuy t cân b ng con l c ng c. Không gi ng nh
các xe scooter hay xe 2 bánh thông th ng có hai bánh xe n m tr c sau, xe scooter
trong đ tài có hai bánh n m song song v i nhau, giúp nó tr nên c c k g n gàng đ
di chuy n b ng nh ng bánh xe trong nh ng kho ng ch t h p mà th ng ch có th đi
b .
tài này đ c quan tâm t vi c tính toán các thông s đ u vào và ra, d a trên
đó đ xây d ng các mô ph ng, đ n vi c thi t k mô hình, th c hi n ph n đi n t và
đi u khi n, vi t các ch ng trình đi u khi n v i m c đích cu i cùng là t o ra m t mô
hình xe di chuy n cân b ng trên hai bánh xe đ ng tr c đ c l p trên hai đ ng c d a
theo các đ nh lu t c h c Newton và c h c v t r n: đi u khi n đ luôn duy trì b
m t chân đ (hai bánh xe) v trí ngay d i tr ng tâm c a xe khi đ ng yên, và t o

Calculating parameters of the model to construct the simulation, designing the
model, making electronic boards and controller, and programming the
microcontroller are the missions in the project, to reach the main goal of building a
scooter that could balance in its two coaxial wheels driven by two intergrated motors.
The method analysing the auto-balancing scooter’s dynamic is roughly based on
Newton’s laws and mechanics of solid. To keep the scooter remains balanced when
scooter don’t move, it must drive the wheels staying under the scooter’s gravity, and
making a small error in tilt angle (angle of the chassis with respect to the ground)
when the scooter moves.
The balance of scooter is also calculated and simulated by MatLABSIMULINK and Visual Nastran, to show that it is clearly possible to control such a
system using an electric motor mounted on each of the two wheels.
The self-balancing scooter is structured of a chassis carrying two wheels
coupled a DC motors for each. The wheel which is used in my final project is a
wheel of electric bicycle (400 mm of diameter), lately popular in Viet Nam.
PIC18Fxxx, a micro-controller of Microchip’s family is used to implement as the
main controller of scooter’s system, manages the works of the electric power
amplifiers, MOSFET driver for the motors and of the necessary sensors to measure
the vehicle’s states. To have the exact information of angle received from the noisy
accelerometer and piezo-electric gyro, a discrete Kalman filter is implemented in PIC
microcontroller. A control board is used to display the state of sensors, operation of
scooter and to control the speed and steering. Batteries are bolted under the chassis
of scooter, supply electric energies for scooter’s operation.

v


SVTH: Mai Tu n

Ch


quay c a xe t mô hình và các c m bi n thành ph n. Nói cách khác, h th ng x lý tín
hi u và l c Kalman là công c đ bi n các c m bi n đ n gi n, giá r thành t p h p
c m bi n có giá tr trong h th ng. T các tín hi u đo, thông qua m t s đ i l ng đ c
tr ng c a mô hình (kh i l ng, chi u dài, chi u cao v t, đ ng kính bánh…) ta s tính
đ c momen quán tính nghiêng (l t c a mô hình), t đó đ a ra các giá tr đi u khi n
phù h p cho các bánh xe đ gi cho mô hình luôn đ ng v ng ho c di chuy n v i m t
v n t c n đ nh.
Toàn b mô hình đ c đi u khi n b ng m t vi đi u khi n PIC 18F452. ây là
th h t ng đ i cao c p c a h PIC có th x lý và th c thi ch ng trình t c đ cao
(đ t đ n 10MIPs) trong vi c tính toán các giá tr c m bi n và đ a ra b truy n đ ng
(đ ng c đi n). B vi đi u khi n đóng vai trò th nh t trong đ tài nh m t b l c
Kalman v i tín hi u vào t thi t b inclinometer và gyro. V i các d li u v góc đã x
Trang 1


SVTH: Mai Tu n

Ch

t

ng 1 T ng quan

lý và tín hi u h i ti p v v trí đo encoder đ a v (incremental encoder), vai trò th hai
c a vi đi u khi n trong đ tài s tính toán và đ a ra tín hi u đi u khi n b truy n đ ng,
đ n bánh xe đ gi th ng b ng/di chuy n, đi th ng, quay, qu o.
ây là m t ph ng ti n v n chuy n m i t i các thành ph trong t ng lai v i
nhi u u đi m: g n, nh , ít chi m di n tích đ ng ph , d mang vác, tháo l p và v n
chuy n, nhiên li u s ch, d đi u khi n cho ng i l n và tr em, đi đ c trên m t s đ a
hình ph c t p.

Ch

t

ng 1 T ng quan

N u tay lái đ c đ y h i nghiêng t i tr c, scooter s ch y t i tr c và khi nó
đ c đ y nghiêng ra sau, scooter s ch y lùi. ây là m t phân tích lý tính. H u h t m i
ng i đ u có th ki m soát tay lái trong vòng vài giây đ gi l y nó.
d ng l i, ch c n kéo tr ng tâm xe nghiêng ng c h ng đang di chuy n thì
t c đ xe gi m xu ng. Do t c đ c m nh n và ph n ng th ng b ng c a m i ng i là
khác nhau, nên xe scooter hai bánh t cân b ng ch đ c thi t k cho m t ng i s
d ng.
1.3 T i sao ph i thi t k xe hai bánh t cân b ng
Nh ng mobile robot xây d ng h u h t robot là nh ng robot di chuy n b ng ba
bánh xe, v i hai bánh lái đ c l p ráp đ ng tr c, và m t bánh đuôi nh . Có nhi u ki u
khác nhau, nh ng đây là ki u thông d ng nh t. Còn đ i v i các xe 4 bánh, th ng m t
đ u xe có hai bánh truy n đ ng và đ u xe còn
l i đ c g n m t ho c hai bánh lái.
Vi c thi t k ba hay b n bánh làm cho
xe/mobile robot đ c th ng b ng n đ nh nh
tr ng l ng c a nó đ c chia cho hai bánh lái
chính và bánh đuôi, hay b t k cái gì khác đ
đ tr ng l ng c a xe. N u tr ng l ng đ c
đ t nhi u vào bánh lái thì xe/robot s không n
đ nh d b ngã, còn n u đ t nhi u vào bánh
đuôi thì hai bánh chính s m t kh n ng bám.
Nhi u thi t k xe/robot có th di chuy n t t
trên đ a hình ph ng, nh ng không th di
chuy n lên xu ng trên đ a hình l i lõm (m t

chính. T ng t v y, khi b c xu ng d c, nó nghiêng ra sau và gi tr ng tâm r i vào
các bánh lái. Chính vì v y, không bao gi có hi n t ng tr ng tâm c a xe r i ra ngoài
vùng đ c a các bánh xe đ có th gây ra s l t úp.

Hình 1.4 Tr ng thái xe hai bánh đ ng tr c khi di chuy n trên đ a hình b ng ph ng, d c[16]

i v i nh ng đ a hình l i lõm và nh ng ng d ng th c t , s th ng b ng c a xe
hai bánh có th s mang l i nhi u ý ngh a th c ti n trong gi i h n n đ nh h n là đ i
v i xe ba bánh truy n th ng.
1.4

u nh

1.4.1

c đi m c a xe hai bánh t cân b ng
u đi m c a xe scooter t cân b ng trên hai bánh

− Không ô nhi m, s d ng bình đi n, và có th s c đi n.
− S d ng không gian hi u qu , đa n ng (s d ng trong nhà và ngoài ph ).
− D dàng lái xu ng đ ng, d ng l i và trò chuy n v i b n bè. Scooter t cân
b ng này khác h n v i các lo i xe đ p hay xe đ y bình th ng, vì chúng d
kéo đ y và không gây khó kh n khi d ng l i.
− Khá d đ lái vòng quanh trong v n phòng, ch y ngang qua c a ra vào do t c
đ th p. Ngoài ra, nó còn có th xu ng các b c th m/ b c thang th p.
− Chi m ít di n tích (ch h n m t con ng i) nên nó không gây t t ngh n giao
thông nh các lo i xe b n bánh. Nh m t ph ng ti n v n chuy n trên v a
hè, nó cho phép di chuy n trong n i đông đúc, và hoàn toàn có th đi trên
lòng đ ng.
− Giá thành th p h n so v i xe h i.


ng và không đ an toàn đ lên

− Không th v n chuy n hai ng i trên cùng m t xe. Vi c này không thành
v n đ khi xe t cân b ng đóng vai trò m t platform c a mobile robot, vì
kh i l ng t i là t nh.
− Không th leo b c thang có chi u cao quá ½ bán kính bánh xe.
1.5 Kh n ng ng d ng
Xây d ng đ c m t ph ng ti n v n chuy n m i trong khu v c ch t h p có th
di chuy n ngay trong các chung c tòa nhà cao t ng, dùng tr giúp di chuy n cho
ng i già, và tr em v n chuy n.
Làm ph ng ti n v n chuy n hàng hoá đ n nh ng n i đã đ c l p trình s n
trong các tòa nhà, phòng làm vi c, nh ng không gian ch t h p, khó xoay tr .
Th m chí k t h p trên các humanoid robot, n u đ c k t h p v i các robot
camera, robot dò đ ng, robot lái m t đ ng thì hi u qu các công d ng c th c c k
linh ho t. Tuy v y, c n ph i ti n hành gi i quy t thêm v ph n xu ng c u thang
(không th leo lên các b c thang cao).
1.6 Tình hình nghiên c u trong và ngoài n

c

Hi n nay ch a có thông tin c th nào v
vi c ch t o xe hai bánh t cân b ng dùng trên
robot c ng nh xe hai bánh t cân b ng Vi t
Nam. Nh ng trên th gi i, m t vài n c, các k
thu t viên và m t s sinh viên đã nghiên c u và
cho ra đ i các d ng xe hai bánh nh th . D i đây
là m t s thông tin v chúng.
1.6.1 M t s d ng xe hai bánh t
b ng dùng trên robot

v i momen quay, cân b ng, và b ph n lái robot.

ng ng

1.6.1.2 Balance bot I [28]
Balance-bot I (do Sanghyuk, Hàn Qu c th c hi n) là
m t robot hai bánh t cân b ng b ng cách ki m soát thông
tin ph n h i. H th ng cao 50cm. Khung chính đ c làm
b ng nhôm. Nó có hai tr c bánh xe n i v i h p gi m t c và
đ ng c DC cho s phát đ ng. T ng c ng có ba b vi x lý
Atmel đ c s d ng. Vi đi u khi n chính (master) thi hành
nh ng nguyên lý ki m soát và thu t toán c l ng. M t vi
đi u khi n khác ki m soát t t c c m bi n analog. Vi đi u
khi n th ba đi u khi n đ ng c DC.
Linear quadratic regulator (LQR) đ c thi t k và th c
thi m ch đi u khi n. Nó có b n giá tr khác nhau – góc
nghiêng, v n t c góc nghiêng, góc quay bánh xe, và v n t c
góc quay, sau đó nó t o l nh cho đ ng c DC đ đi u ch nh
t c đ bánh xe.

Hình 1.6 Balance-bot

1.6.1.3 Balancing robot (Bbot[26])
Vào n m 2003, Jack Wu và Jim Bai là
nh ng sinh viên tr ng
i h c Carnegie
Mellon d i s tr giúp c a GS. Chris
Atkeson đã th c hi n đ tài robot hai bánh
t cân b ng nh lu n v n t t nghi p. Robot
này có th xác đ nh v trí h ng c a nó đ i

chuy n đ ng xoay theo hình U. H th ng đi u
khi n đ c l p t hai b đi u khi n state-space
tách r i nhau, ki m soát đ ng c đ gi cân b ng
cho h th ng. Nh ng thông tin v tr ng thái c a
JOE đ c cung c p b i hai encoder quang và v n
t c c a con quay h i chuy n.
JOE đ c đi u khi n b i m t b đi u khi n
t xa R/C th ng đ c s d ng đ đi u khi n các
máy bay mô hình. B đi u khi n trung tâm và x
lý tín hi u là m t board x lý tín hi u s (DSP)
đ c phát tri n b i chính nhóm và c a vi n
Federal, có kh n ng x lý d u ch m đ ng
(SHARC floating point), FPGA XILINC, 12 b
bi n đ i A/D 12bit và 4 b bi n đ i D/A 10bit.

Hình 1.8 Hình ch p JOE

1.6.1.5 Equibot [27]
Equibot là robot cân b ng do Dan Piponi th c
hi n. C b n nó d a vào vi đi u khi n ATMega32
RISC.
C hai servo Hitec HS-311 chu n đ c s a đ i
cho xoay vòng 360o và ngu n đi n vào đ c n i tr c
ti p v i các đ ng c đ PWM ki m soát chúng. M t
trong hai servo đ c g n v i b đi u khi n t c c
LQR, đó là ph n ph c t p nh t trong c u trúc robot,
bánh còn l i b t ch c t c đ c a bánh th nh t.
Equibot ch có m t lo i c m bi n h ng ngo i Sharp
thay cho c m bi n v góc. Nó đ c đ t th p đ đo
kho ng cách v i sàn. Ngõ ra t thi t b đ c dùng đ

I/O đ ki m soát hai servo đ c mô t cho s quay vòng ti p theo. i n đ c cung c p
b ng b n c c pin AA và đ c n áp dropout. Ngu n đi n 6V không qua n áp đ c
phân ph i đ n đ ng c servo qua t đi n 3300µF qua bù n ng l ng cho vi m ch đi u
khi n khi công su t ngõ ra t các servo đ c ho t đ ng. M ch đi n t đ c xây d ng
trên b ng project board Radio Shack RS 276-150 và l p ráp phía trên các motor servo,
trên khung b ng nhôm. Ngu n đi n đ c đ t g n đ nh và ho t đ ng nh tr ng l ng

Trang 8


SVTH: Mai Tu n

Ch

t

ng 1 T ng quan

c a con l c ng c. M t phiên b n khác c a BaliBot s d ng các c m bi n h ng ngo i
đ đo kho ng cách thay vì dùng các c m bi n đo góc.
1.6.1.7 Bender [21]
Robot cân b ng Bender là đ án do TedLarson, San Francisco th c hi n. M c
tiêu hi n t i c a ông là xây d ng robot t cân b ng trên m t sàn, và t đó dùng làm
n n c b n (platform) đ xây d ng robot t hành dùng bánh xe.

Hình 1.12 Hình ch p robot Bender

1.6.1.8
Lo i Robot ph c v con ng
c a hãng TOYOTA



SVTH: Mai Tu n

Ch

t

ng 1 T ng quan

Ho t đ ng cân b ng Segway là m t đi u thú v nh t, đó là chi c chìa khóa c a
quá trình ho t đ ng. Xem xét v mô hình Karmen v th ng b ng c a c th ng i đ
hi u h th ng làm vi c nh th nào. N u ta đ ng và nghiêng ng i v phía tr c,
không còn th ng b ng, b n s ngã v tr c. B não bi t r ng b n không còn th ng
b ng n a, b i vì ch t d ch trong tai trong dao đ ng, nên nó truy n tín hi u ra l nh cho
chân b n đ t lên phía tr c và b n l y l i th ng b ng. N u b n gi mình trong tr ng
thái nghiêng v tr c, b não đi u khi n chân b n đ t lên tr c và gi b n đ ng th ng.
Thay vì ngã, b n b c đ n tr c.

Hình 1.14 Segway

Segway t o ra khá gi ng nh v y, ngo i tr nó có bánh xe thay vì đôi chân, đ ng
c thay cho b p c , t p h p các vi m ch x lý thay cho m t b não và m t dãy các
c m bi n nghiêng thay cho h th ng cân b ng tai trong. Nh b não c a b n, Segway
nh n bi t khi ta h ng v tr c.
duy trì cân b ng, nó quay bánh xe đ n tr c ch
v i t c đ v a ph i (chính xác), nên ta di chuy n đ n tr c.
S phân chia rõ ràng (con quay h i chuy n chính y u – tr ng thái cân b ng).
Kh i Segway đ c l p đ t nhi u h n hai bánh xe. Thi t b lái t n d ng c công ngh
drive-by-wire và thi t b c khí có h th ng. Trong khi vi c thi t k b n bánh đ a đ n

Segway ti p thu hi u qu này v i hình th c khác c a c khí. Segway v n d ng m t
c m bi n t c đ nghiêng bán d n đ c bi t đ c t o t silic. Lo i con quay h i chuy n
này quy đ nh s quay vòng c a v t th s d ng hi u ng Coriolis trên m t l p r t nh .
Segway HT có n m c m bi n h i chuy n, m c dù nó ch c n ba c m bi n đ phát
hi n ra m c đ y ra tr c và ra sau c ng nh nghiêng bên trái hay bên ph i. Các c m
bi n còn l i làm cho ph ng ti n ch c ch n h n. Thêm vào đó, Segway có hai c m
bi n nghiêng ch a đ y dung d ch đi n phân. Gi ng nh tai trong, h th ng nh n bi t v
trí nghiêng có liên h v i m t đ t trong tr ng thái nghiêng c a b m t ch t d ch.
T t c thông tin v tr ng thái nghiêng truy n đ n “b não” c a xe, hai b ng m ch
đi u khi n đi n t bao g m m t bó vi m ch x lý. Segway có t ng c ng 10 b ng m ch
vi x lý, v i n ng l c g p ba l n n ng l c PC đi n hình. Thông th ng c hai b ng
m ch làm vi c chung v i nhau nh ng n u m t b ng b h , b ng còn l i nh n t t c các
ch c n ng đ h th ng báo tín hi u cho ng i lái bi t s tr c tr c đ kh i đ ng l i.
Segway đòi h i n ng l c làm vi c cao c a b não vì nó c n đi u ch nh c c k
chính xác đ gi không b ngã. Trong nh ng máy thông th ng, b ng m ch đi u khi n
ki m tra v trí c m bi n kho ng 100 l n/giây. M ch vi x lý đi u hành ph n m m
t ng thích đ phát tín hi u t t c các thông tin n đ nh và đi u ch nh t c đ cho nhi u
đ ng c đi n phù h p. ng c đi n đ c n p n ng l ng t m t c p pin (Ni-MH) có
th s c l i, làm quay đ c l p m i bánh xe v i t c đ khác nhau.
Khi xe nghiêng v tr c, đ ng c làm c hai bánh xe quay v tr c và gi v
tr ng thái nghiêng. Khi xe nghiêng ra sau, đ ng c làm c hai bánh xe quay ra sau. Khi
ng i lái đi u khi n tay lái qu o trái hay ph i, đ ng c làm m t trong hai bánh xe
quay nhanh h n bánh xe kia hay hai bánh xe quay ng c chi u đ xe xoay quanh.
Nó ch đi kho ng 12 d m/gi (20km/gi ), và nó c n n p đi n kho ng 6 gi đ d
tr dùng đ cho m t chuy n đi 15 d m (24km).
Segway là s l a ch n cao trong thành ph . Vì các xe h i đ t ti n và n u có
l ng l n xe h i ch y trên đ ng ph s gây nên ùn t t giao thông, và thi u ch đ u
xe. T t c nh ng đi u y, xe h i không là ph ng ti n t i u nh t trong khu dân c
đông đúc.
Segway không th đ a con ng i đi đ n n i mu n đ n v i t c đ cao nh t,


Chi u r ng: không gian bao ph trên m t đ t c a Segway là 19 – 25 inch (48 –
63,5 cm). Segway có chi u r ng g n b ng kích th c c a m t ng i trung bình,
nên nó không m t nhi u di n tích trên đ ng. Bàn đ p dài 8 inch (20 cm).

•

T i tr ng: m t ng
(34kg).

•

Ph m vi: đi kho ng 17 d m (28 km) v i m t bình s c đ n. Trên mô hình tính
toán, ng i thi t k
c tính xe đi trong ph m vi 11 d m (17 km) v i m t bình
s c đ n.

•

Giao di n hi n th xe ho t đ ng: Segway có
màn hình LCD nh cho ng i lái bi t n ng
l ng pin còn bao nhiêu và ho t đ ng c a xe
nh th nào, còn t t không. Màn hình trình bày
nh b m t ho t hình, bi u di n tr ng thái
chung c a ph ng ti n.
1.6.2.2

ng không t i: 80 lbs (36 kg).

i n ng 250 pound (110kg) v i hàng hóa n ng 75 pound


t

ng 1 T ng quan

Nhóm sinh viên ngành k thu t HTV c a tr ng đ i h c Camosun g m các thành
viên Brian Beckwith, Eric Desjardins, Chris Howard, Joel Murphy, Matt Uganecz,
Jack Woolley đ n t các bang khác nhau Victoria, British Columbia c a Canada.
Tháng 3/2004, h đã cho ra đ i s n ph m scooter HTV nh m t đ án t t nghi p đ i
h cc ah .

Hình 1.16 Xe t cân b ng HTV và nhóm th c hi n

Nhóm HTV đã s d ng ADXR150EB t thi t b analog đo v n t c góc nghiêng.
ó là m t gyro tuy t v i, có các tính n ng, nh : lo i b đ rung cao, t s cao ±150o/s,
đ nh y cao 12mV/deg/s, đ c cài đ t s n tín hi u đi u ki n. MMA2260D t
Motorola, m t gia t c k có đ nh y cao (1200mV/g), và c ng đ c cài đ t s n tín
hi u đi u ki n, dùng đo góc nghiêng t nh. B đi u khi n s d ng Logic m (Fuzzy
Logic) trong vi c đi u khi n cân b ng và di chuy n c a xe.
1.6.2.4

Spider [20]

Francisco Lobo cho ra đ i Spider vào cu i tháng
2/2004, trông gi ng là scooter h n là robot, tuy nhiên nó
có ng d ng trong c hai l nh v c. Nó có th gi cân b ng
h u nh
m i tình hu ng, di chuy n, l n vòng quanh.
Scooter đ c đi u khi n b ng hai đ ng c c a hãng NPC
và gia t c k hai tr c b ng thi t b analog, ch a hai thành

ngh mà các tr ng đ i h c trên toàn th gi i mong mu n v n t i. Ngoài ra, mô hình
c ng s là s b sung c n thi t v các gi i pháp công ngh di chuy n c a các mobile
robot 3 bánh, 4 bánh c ng nh mobile robot có chân, làm phong phú nh ng l a ch n
gi i pháp đ chuy n đ ng trong không gian cho các robot.
V y u t tâm lý con ng i, mô hình xe hai bánh t cân b ng th c s là m t d u
ch m h i l n cho nh ng ng i t ng th y hay dùng nó: t i sao có th di chuy n và
th ng b ng đ c? i u này cu n hút nhu c u đ c s d ng m t chi c xe hai bánh t
cân b ng. Và đó chính là lý do c a s thành công l n trên th gi i c a mô hình xe
Segway trong n m 2003.
V í nh ng lý do khách quan nh đã n u, đ tài có l có m t nhu c u nh t đ nh
trong tình hình hi n nay c a Vi t Nam c ng nh toàn th gi i.

Trang 14


SVTH: Mai Tu n

Ch

t

Ch
NHI M V

ng 2 Nhi m v lu n v n

ng 2
LU N V N

2.1 M c tiêu đ tài


− Xây d ng mô hình lý thuy t g m có:
̇ Ti p c n t mô hình t
c a đ tài.

ng đ

ng – mô hình con l c ng

c đ n mô hình th t

̇ Mô ph ng mô hình b ng VN Nastran và MatLAB: scooter t cân b ng trên
hai bánh.

Trang 15


SVTH: Mai Tu n

Ch

t

ng 2 Nhi m v lu n v n

− Ti p c n mô hình th c, g m có:
̇ Thi t k khung s

n c khí c a mô hình.


s d ng đ ki m tra s sai sót trong quá trình tính toán đ ng l c h c c a mô hình xe
hai bánh t cân b ng.
Bên c nh các u đi m này, nó v n có nh c đi m là ph i tuy n tính hóa tính
toán t i v trí góc α = 0o. Tuy nhiên vi c này không tr m tr ng trong mô hình c a đ
tài, vì mô hình ch ho t đ ng xung quanh v trí 0o ( ±10 o).
3.1.1

N n t ng nghiên c u t con l c ng

c

– Ta xem xét mô hình toán h c c a con l c ng
M

Kh i l

ng xe (kg).

m

Kh i l

ng con l c (kg).

b

Ma sát c a xe (N).

L