Tính toán, phân tích, mô phỏng động học và động lực học robot ShrimpII.pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
Họ và tên tác giả luận văn
NGUYỄN VĂN DƯƠNG
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN V N
Ă
TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH, MÔ PHỎ Ọ
NG ĐỘNG H C
VÀ C H
ĐỘNG LỰ ỌC ROBOT SHRIMPIII
Chuyên ngành : Công Nghệ Chế ạ
T o Máy
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ Ế Ạ
CH T O MÁY
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN TRỌNG DOANH
Hà Nội – Năm 2011

Luậ ă ố ệ ễ ọ
n v n t t nghi p GVHD: TS.Nguy n Tr ng Doanh
Học viên: Nguyễn Văn Dương Trang 1
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam oan ni dung trong lun v 
n là do tôi t nghiên cu, tìm hi 
u. Nh ng
tài liu c trích dn trong lun vn u có ghi chú rõ ngun gc, tác gi.
Nguyn Vn Dng

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Robot tự hành SmatROD
Hình 1.3: Robot thám hiểm của trung tâm vũ trụ NASA
Hình 1.4: Robot tự hành 8 bánh Lunokhod.
Hình 1.5: Robot Lauron II từ đại học Karlsruhe
Hình 1.6: Caterpillar robot ROBHAZ_DT3
Hình 1.7: Robot tự ủ
hành ShrimpIII c a công ty Bluebotics
Hình 1.8: Robot người P2 của hãng Honda (Nhật Bản)
Hình 1.9: Robot Dog Aibo của hãng Sony (Nhật Bản)
Hình 1.10: Phương pháp cân bằng trọng tâm robot bằng dịch đối trọng theo đường
thẳng
Hình 1.11: Phương pháp thay đổi trọng tâm bằng hệ thống thanh nhún song song
Hình 1.12: Phương pháp đ ề
i u khiển 3 bánh
Hình 1.13: Phương pháp đ ề
i u khiển cả ba bánh cả d ng và tác d
ẫn độ ụng lái
Hình 1.14: Khung có 2 bánh rẽ phía trước. 2 bánh sau chủ động và được kết nối
qua khớp giúp robot luôn ở trạng thái cân bằng
Hình 1.15: Khâu cơ ở
s liên kết với các khâu động giúp cơ ấ
c u trở nên linh hoạt khi
di chuyển
Hinh 1.16: Hai phần được kết nố ớ ụ ẽ ễ
i qua kh p tr đứng giúp robot r d dàng
Hình 1.17: Kết cấu 5 bánh với 4 bánh dẫn động và 1 bánh lái
Hình 1.18: Kết cấu robot tự hành 6 bánh 2 hàng song song linh hoạt
Hình 1.19: K c
ết cấu 6 bánh với 2 bánh rẽ phía trướ
Hình 1.20: Kết cấu 6 bánh với độ linh hoạt đặc biệt
Hình 1.21: Kết cấu 6 bánh đặc biệt nhất ( cả 6 bánh đều dẫn động và bánh trước và
bánh sau là 2 bánh đ ề
i u khi n r
ể ẽ và quay vòng.
Hình 1.22: Kết cấu robot 8 bánh linh hoạt
Hình 1.23: Kết cấu 8 bánh với bộ đôi giá chuyển hướng
Hình 1.24: Kết cấu 8 bánh với 2 phầ ế ằ ớ ụ
n liên k t b ng kh p tr
Hình 1.25: K u
ết cấu 8 bánh, hai phần liên kết bằng khớp cầ

Hình 2.1: Các hệ ọ ủ
t a độ c a robot
Hình 2.2: Sự dịch chuyển của B tại vị trí t và t+1
Hình 2.3: Sự dịch chuyển của giá chuyển hướng.
Hình 2.4: 3D-Odometry và các biến
Hình 2.5: Quỹ ủ
đạo c a tâm trọng lực khi leo cầu thang 17cm.
Hình 3.1: Phân bố ộ
n i lực và ngoại lực tác dụ ụ ỗ đ ơ ẫ
ng lên tr c m i ông c d n động
bánh
Hình 3.2: Cơ cấu hình bình hành kết nối bộ bánh bên thân robot ShrimpIII
Hình 3.3: Đặc tính cơ học ( khớp thấp) của cơ cấu
Hình 3.4: Kh năng linh hoạt vượt địa hình của cặp bánh bên thân robot ShrimpIII
Hình 3.5: So sánh tâm quay giữa 2 cơ ấ
c u
Hình 3.6: Kết cấu chân trước robot ShrimpIII
Hình 3.7: Nguyên lý dịch chuyể ủ
n c a chân trước robot ShirmpIII
Hình 3.8: Thông số ỹ
k thuật của chân trước robot ShrimpIII
Hình 3.9: Chân trước với các thông số kích thước chiều dài.
Hình 3.10: Biểu n
đồ mô phỏng quỹ đạo chuyể động của tâm bánh trước Tb(x,y) khi
thay đổi thông số chiều dài khâu e và khâu d
Hình 3.11: Kết cấu chân sau (chân cố định với thân robot)
Hình 3.12: S n
ơ đồ tính độ nâng lên của bánh trước khi leo qua vật cả
Hình 3.13: Kết cấu hình bình hành ở trạng thái tĩnh trên nền phẳng
Hình 3.14: Kết cấu chân (hbh) ở trạng thái vượt vật cản.
Hình 3.15: Robot ShrimpIII di chuyển trên nền phẳng
Hình 3.16: Quy đổi lực tác dụng về tính trên mỗi hệ ơ
động c – bánh dẫn.
Hình 3.17: Đ ứ ố ầ ứ
áp ng t c độ quay (n), dòng ph n ng (iu) khi có bước nhả đ ệ
y i n áp
(uu)
Hình 3.18: Bánh chân trước ShrimpIII tiếp xúc và leo hết bậc cầu thang
Hình 3.19: Bánh chân trước nằm vượt qua bậc thang thứ 1
Hình 3.20: Bánh 21 và 22 vượt mặt đứng bậc thang
Hình 3.21: Trạng thái 3 bánh trước vượt hết bậc trongkhi 3 bánh sau chưa vượt

Hình 3.22: Trạng thái cặp bánh 31 và 32 vượt bậc thang
Hình 3.23: Trạng thái bánh cuối (bánh 4) vượt thành đứng bậc thang
Hình 3.24: Robot ShrimpIII vượt vật cản lệch (1 cặp bánh bên thân vượt v t c
ậ ản)
Hình 3.25: Trạng thái khi quay vòng hoặc chuyển hướng của robot ShrimpIII
Hình 3.26: Trạng thái robot ShrimpIII xuỗng bậc cao thang
Hình 3.27: Robot ShrimpIII dừng hoạt động khi vật cản chạ ơ
m động c
Hình 3.28: Mô hình động học robot ShrimpIII di chuyển t m P t
ừ đ ể
i ớ đ ể
i i m G
Hình 3.29: Bản vẽ Thông số kích thước chân trước ShrimpIII
Hình 3.30: Toàn bộ phần chân trước ShrimpIII mô phỏng theo chế ạ
t o
Hình 3.31: Động cơ lái bánh trước và bánh sau
Hình 3.32: Biện pháp kỹ thuật lắp ghép động cơ với càng lái và bánh dẫn
Hình 3.33: Phương pháp kẹp chặt trục động cơ và càng lái
Hình 3.34: Bản vẽ kích thước thiết kế và chế ạ
t o chân sau ShrimpIII
Hình 3.35: Hình ảnh mô phỏng chân sau robot ShrimpIII
Hình 3.36: Bản vẽ kích thước toàn bộ kết cấu hình bình hành (chân bên)
Hình 3.37: Kết cấu bánh với các khâu liên kết kiểu hình bình hành
Hình 3.38: Bản vẽ kích thước phần thân robot ShrimpIII
Hình 3.39: Phần thân Robot ShrimpIII đã gắ ắ
n c quy và camera quan sát
Hình 3.40: Toàn cảnh robot ShrimpIII.

LỜI NÓI ĐẦU
Khi nhc ti “Robot tự hành” ta bi      
t r ng ây là m t l nh v c công ngh cao
có ng dng rng ln và ngày càng óng vai trò quan trng trong s phát trin ca
xã hi khi con ngi ngày càng mun tránh tip xúc vi môi trng, tác nhân gây
hi cho c th nh làm vic trong các phòng ph 
n ng ht nhân, phòng phân tích
hoá hc c hi, dò tìm bom mìn, cha cháy t ng v.v… Robot t hành không
còn là lnh vc mi m i vi các nc có nn khoa hc k 
thu t phát tri 
n. Nh ng
i vi Vit Nam ây v     
n còn là m t l nh v c còn r t m i c v   
ki n th c l n công
ngh.  có th gii c các bài toán t ra trong di chuyn t hành ca robot là
mt vn  r   
t khó kh n òi h i ngi thi  
t k ph i có kin thc v lý thuy 
t l n
thc nghim. Trên th   
gi i hi n nay ã có nhiu mu robot t hành c thi 
t k ,
ch t         
o và a vào th nghi m th c trong nh ng nhi m v c bi t. M i lo i robot
t i
 hành li có mt u  m và tính nng riêng nhng nhng robot t hành có kh
nng vt c vt cn có thành thng ng thì s lng là không nhiu. Và trong
s ít ó mu robot t hành Shrimp c  
a hãng Bluebotics Th y S có nh 
ng tính n ng
c bit và n tng nht.
Robot ShrimpIII có kh n       
ng ng d ng trong nhi u l nh v c nh : Th m dò
mìn, kho sát a hình nguy him. Làm vic trong phòng thí nghim hoá hc hay
phn ng ht nhân. Khi ShrimpIII   c   
ng v ng và n nh thì nó còn có m t
th i
 mang t  thc hin nhim v cha cháy..,
c s ng ý ca b môn Công Ngh     
Ch T o Máy. S hng d n và ch
o t 
n tình c a TS. Nguyễ ọ
n Tr ng Doanh. Tôi     
ã có nhi u thu n l i khi th c hin
 tài “TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH, MÔ PHỎ Ọ
NG ĐỘNG H C VÀ ĐỘNG
LỰC HỌC ROBOT SHRIMPIII”

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ 1
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .................................................................... 2
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................. 5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ RÔBOT TỰ HÀNH............................................. 8
1.1 Mt s m     
u robot t hành n i ti ng trên th gi i ................................................. 8
1.2 M i
t s kt cu bánh dn ng và  u khin c bit ca robot t hành.......... 13
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC RÔBOT SHRIMPIII......................... 22
2.1 Gii thiu phng pháp 3D-Odometry............................................................... 22
2.2 Phng pháp 3D-Odometry............................................... ............ 22
..................... 
2.2.1S dch chuyn ca giá chuyn hng. .............................................................. 23
2.2.2S dch chuyn 3D.............................................................................................. 26
2.3 Kt lun............................................................................................................... 29
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT TỰ
HÀNH SHRIMPIII ................................................................... ............ 30
.................... 
3.1 Thit lp phng trình truyn ng gia ng c và robot................................ 30
3.2 Phân tích các thành phn trong kt cu ca robot t hành ShrimpIII................. 32
3.2.1C cu hình bình hành (chân gia).................................................................... 32
3.2.2Chân linh ho 
t (chân trc) c a Robot ShrimpIII.............................................. 34
3.2.3Chân sau (chân c nh) ngàm cng vi thân robot........................................... 39
3.3 Tính toán chiu cao vt c   
n t i a robot ShrimpIII có th vt qua c......... 40
3.3.1Chiu cao ln nht ca vt cn mà chân trc robot ShrimpIII có th vt qua40
3.3.2Chiu cao ln nht ca vt cn mà 2 bánh  chân bên có th vt qua............. 43
3.4 ng hc và ng lc hc trong di chuyn t hành ca robot ShrimpIII.......... 45
3.4.1Robot ShrimpIII di chuyn trên a hình coi nh phng.................................... 46
3.4.2Giai  
o n t khi bánh chân trc ShrimpIII tip xúc n khi leo ht bc thang
u tiên........................................................................................................................ 49
3.4.3Bánh chân trc lên bám b 
m t bc 2 trong khi các bánh còn li vn n  
m b
mt bc 1 ..................................................................................................................... 51

3.4.4Hai bánh thân (21 và 22) tip xúc và leo lên bc th nht cu thang................. 52
3.4.5Ba bánh trc bám mt b t b
c thang 2 trong khi 3 bánh sau vn n   
m b m c
thang th nht............................................................................. ............ 52
..................... 
3.4.6Hai bánh thân (31 và 32) vt bc thang th nht ............................................. 53
3.4.7Bánh sau cùng vt bc thang............................................................................ 54
3.4.8Trng hp vt cn nh nm l 
ch ch 2 bánh thuc c cu hình bình hành vt
vt cn ......................................................................................................................... 55
3.4.9Robot ShrimpIII quay vòng và chuyn hng khi di chuyn trên nn phng.... 56
3.4.10 Tính toán trng hp nguy him khi robot xung cu thang........................ 57
3.4.11 Các trng hp robot b dng chuyn n
ng do vt cn nm v trí c c
bit và gii pháp khc phc......................................................................................... 58
3.4.12 Thi
 t lp phng trình  
ng hc robot ShrimpIII trong to phng.......... 59
3.5 Kích thc thit k, mô hình mô phng và gii pháp k thut khi ch 
t o........ 60
3.5.1Chân trc( chân linh hot ) ............................................................................... 60
3.5.2Chân sau ( chân c 
nh v i thân) ..................................... ............ 63
..................... 
3.5.3Chân bên ( kt cu khung linh hot hình bình hành).......................................... 64
3.5.4Thân robot.......................................................................... ............ 66
..................... 
KẾT LUẬN................................................................................................................ 69
TÀI LIỆ Ả
U THAM KH O ........................................................................................ 70

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ RÔBOT TỰ HÀNH
1.1 Một số mẫu robot tự hành nổi tiếng trên thế giới
Ngày nay, trong s phát trin c p c ng nh
a nn công nghi   
s phát trin
vt bc ca khoa hc k thut thì con ngi dn dn gi u t
m thi  
i a phi tip
xúc nhng công vic nguy him và nng nhc.  có th m nhim thay th con
ng y
i  nhng công vic nh v  
òi h i thi    
t b ph i có kh n ng thay th c
con ngi c 
v phng din trí tu 
l n  linh hot. Vì vy robot t hành là mt
gii pháp t   
i u cho công vi c ó.
Hình 1.1. Robot tự hành SmatROD
c tính có th        
mang tr ng t i và di chuy n t ng trên n n ph ng. V k t
c i
u mu robot t hành này tng t mt h thng nâng chuyn c  u khin
hoàn toàn t ng.

Hình 1.2. Mantis Robot
c       
i m c a Robot Mantis là kh n ng leo a hình c bi t là c u thang.
Tuy nhiên v 
k t cu phn c u t
 khí ca h th 
ng thì còn nhi u y  cha hoàn ho
khi chuy 
n ng. Hình d ng bánh không cân xng dn t ng và phân b
i mt cân b 
lc không u khi chuyn ng.
Hình 1.3. Robot thám hiểm của trung tâm vũ trụ NASA
c         
i m c a các m u rob t t hành này là tính n nh và b n v ng trc
nhng yu t tác ng ca môi trng. c trang b      
nh ng h th ng c m bi n hi n
i và h 
th ng   
i u khi n t      
i u. N ng lng c p cho toàn h th ng c chuy n
i tr 
c ti p t nng lng t nhiên (nng lng t mt tri) thông qua h thng pin
quang hc.

Hình 1.4. Robot tự hành 8 bánh Lunokhod.
Hình 1.5. Robot Lauron II từ đại học Karlsruhe
Robot Lauron II là loi di chuyn bng chân có kh 
n ng thích nghi tt vi
a hình t      
nhiên nh kh n ng t m b o cân b ng c 
a nó . Tuy nhiên nó có k t
c i
u c khí quá phc tp, òi hi s  u khin cc tt và thng có tc  rt chm.

Hình 1.6. Caterpillar robot ROBHAZ_DT3
của Viện Khoa học và Công Nghệ Hàn Quốc ( KIST )
Robot chy bng xích có kh 
n ng vt chng ngi vt tt nh  
s v ng
chc và h 
s ma sát ng cao. Tuy nhiên do ma sát ln nên robot gp khó khn
trong vic xoay chuyn và nu mt ng c ng s
 
c a c 
c u bánh xích b 
h  làm
robot mt hoàn toàn tính linh hot.
Hình 1.7. Robot tự hành ShrimpIII của công ty Bluebotics

ây là mt mu robot t hành có kt c i v
 
u n tng và tính nng vt tr i
nh ng ng
 a hình có chiu cao trung bình và phc tp. Nh  
i m c bit ca nó s
c nói ti trong nh 
ng ph n sau.
Hình 1.8 Robot người P2 củ ậ ả
a hãng Honda (Nh t B n)
Hình 1.9 Robot Dog Aibo của hãng Sony (Nhật Bản)

Hình 1.8 và 1.9 là 2 m   
u robot c bi t mô ph ng theo hình dáng c a các
sinh vt thc là con ngi và loài chó. Có th nói 2 m  
u robot này là s tích h p
hoàn ho và òi hi  chính xác cao và c trang b nhng ph   
n t hi n i nh t.
1.2 Một số k i
ết cấu bánh dẫn động và đ ều khiển đặc biệt của robot
tự hành
1.2.1 Phng pháp thay i trng tâm i trng khi robot di chuyn trên a hình
Hình 1.10 Phương pháp cân bằng trọng tâm robot bằng dịch đối trọng theo đường
thẳng

Hình 1.11 Phương pháp thay đổi trọng tâm bằng hệ thống thanh nhún song song
1.2.2 Kt cu bánh khi di chuyn thng và khi r hay quay vòng
Hình 1.12 Phương pháp đ ề
i u khiển 3 bánh

Trong phng pháp này 2 bánh sau là bánh ch  
ng i u khin tnh tin và
r còn bánh trc ch óng vai trò t la và cân bng ti trng.
Hình 1.13 Phương pháp đ ề
i u khiển cả ba bánh cả dẫn động và tác dụng lái
Hình 1.14 Khung có 2 bánh rẽ phía trước. 2 bánh sau chủ động và được kết nối qua
khớp giúp robot luôn ở trạng thái cân bằng

Hình 1.15 Khâu cơ ở
s liên k i các khâu
ết vớ động giúp cơ ấ
c u trở nên linh hoạt khi
di chuyển
Hinh 1.16 Hai phầ ế
n được k t nối qua khớ ụ ẽ ễ
p tr đứng giúp robot r d dàng

Hình 1.17 Kết cấu 5 bánh với 4 bánh dẫn động và 1 bánh lái
Hình 1.18 Kết cấu robot tự hành 6 bánh 2 hàng song song linh hoạt

Hình 1.19 K c
ết cấu 6 bánh với 2 bánh rẽ phía trướ
Hình 1.20 K t
ết cấu 6 bánh với độ linh hoạt đặc biệ

Hình 1.21 Kết cấu 6 bánh đặc biệt nhất ( cả 6 bánh đều dẫn động và bánh trước và
bánh sau là 2 bánh đ ề
i u khiển rẽ và quay vòng.
Hình 1.22 K t
ết cấu robot 8 bánh linh hoạ

Hình 1.23 Kết cấu 8 bánh với bộ đôi giá chuyển hướng
Hình 1.24 Kết cấu 8 bánh với 2 phần liên kết bằng khớp trụ

Hình 1.25 K u
ết cấu 8 bánh, hai phần liên kết bằng khớp cầ

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC RÔBOT
SHRIMPIII
2.1 Giới thiệu phương pháp 3D-Odometry.
Phn ln các rôbot t hành c thit k chy trong nhà hoc môi trng bng
phng. ng
 nh a hình không bng phng rt nhiu vn  phát sinh. Các bánh
xe d 
b trt hn b xác
i vì cu trúc gh gh 
c a t và sai s nh v trí có th
t i
ng lên mt cách nhanh chóng.  hn ch  u ó chúng ta có 2 cách tác ng
trc tip vào: mt là ci thi t c
n k u c khí, hai là thit k   
b i u khin thông
minh. Mt k t m
 thu i c g     
i là 3D-Odometry s cung c p s li u chuy n ng
3D ca rôbot ShrimpIII s c gii thiu trong chng này.
2.2 Phương pháp 3D-Odometry.
3D-Odometry c s dng rng rãi cho các rôbot chuyn ng trên b 
m t bng
phng thm trí gh gh. Các phng trình cng c bit n và cho phép  c
lng v trí và hng ca rôbot tc là [x, y, ] T
trong mt ph 
ng . Vector này
c c       
p nh t b ng cách tích h p chuy n ng gia t ng gi a hai chuy n ng liên
tip. Các li c gim thiu bng cách gi thi gian gia các ln cp nht càng
nh càng tt.
Cách tính toán 3D-Odometry có th c chia thành hai b  
c: c l ng dch
chuyn ca giá chuyn hng bên trái và bên phi ca robot (mc 2.2.1) và tính
toán ca k       
t qu d ch chuy n 3D c a tr ng tâm rôbot (ph n 2.2.2). Hình 2.1 gi i
thiu các h  
t a  và các bi n rôbot.

OXwYwZw: hệ ọ
t a độ chung
OXrYrZr: hệ ọ
t a độ rôbot
Obxbzb: hệ ọ ể
t a độ giá chuy n hướng
L: hình chiếu O trên mặt phẳng Obxbzb
B: tâm giá chuyển hướng bên trái
∆,η: sự ị
d ch chuyển và góc của L
Hình 2.1: Các h  
t a  c a rôbot
2.2.1 S d
ự ịch chuyển của giá chuyển hướng.
i v     
i rôbot ShrimpIII, chúng ta ph i cân nh c t i s chuy n hng bên
phi và bên trái ca giá chuy   
n hng  tính toán s chuy n ng c a rôbot. Mc
      
ích c a ph n này là miêu t cách tính toán s d ch chuy n (  
,µ) c a 1 giá chuy n
hng khi bit s dch chuyn c 
a các bánh xe (ER và EF) và s thay i góc
chuyn hng gia trng thái ban u và cui cùng (hình 2.1, 2.2 và 2.3).
 tính toán s  
chuy n ng c a L, ta làm theo 2 bc. u tiên ta tính toán s
dch chuyn ca B và sau ó truyn s chuyn ng này qua cu trúc c ca phía
chuyn hng  tính toán s chuyn ng hiu qu.

h
R
R'
R''
O
Z
X
F
F'
§
Ê
t
§ Êt
EF
ER
tr¹ng th¸i t
tr¹ ng th¸ i t+1
B'
B
φw
w
ρ
b
∆x'
∆z'
ε
γr
t2
b
b
b
ER/EF: Sự dị ể ủ
ch chuy n c a bánh
sau/trước
ρw, φw: Hướng chuyển động của bánh
sau/trước
R,F: Vị trí ban đầu của tâm bánh xe
sau/trước
R’,F’: Vị trí cuối cùng của tâm bánh
xe sau/trước
B,B’: Vị trí ban đầu/cuối cùng của
tâm giá chuyển hướng
ε: Sự thay đổi góc giá chuyển hướng
hb : Khoảng cách giữa 2 bánh xe
∆ ∆ ầ ủ
x’, z’,x,z là các thành ph n c a
vectơ BB’
t1: khoảng cách BR’’
t2: Khoảng cách R’R”
Hình 2.2 S 
d ch chuyn ca B ti v trí t và t+1
Bi vì khong cách gia các bánh xe là c nh, chúng ta có th vit phng trình
sau:
' ' ' '
cos cos cos
sin sin sin
0
w b w
b
w b w
RF RR R F F F
ER h EF
h
ER h EF
ρ ε φ
ρ ε φ
= + +
−
⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞
⎛ ⎞
= + +
⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎜ ⎟ − −
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠
uuu
r uuur uuuuu
r uuuur
(2.1)
Nhng phng trình này có th c gii quyt cho w và w (vi ER, EF và  là
tham s        
). Tuy nhiên, h th ng cân b ng này có th b mâu thu n trong m t s
trng hp. Ví d: nu thay i  bng không thì khi ó ER phi cân bng vi EF
bi vì khong cách gia các bánh xe là c nh (Hình 3.2). Trong thc t, ER và EF
có th khác bi vì bánh xe có th trt và có tc  khác nhau. Khi s 
s p xp các
tham s   
xây d ng 1 h th ng phng trình trái nhau n gin chúng ta cho là s
dch chuy      
n c a t ng giá chuy n hng là trung bình c a s di chuy n các bánh xe.
Khi ó, nh lý sin c áp dng cho tam giác RR’R’’ (hình 2.2)  c x' và
z' cái mà là s 
k t hp ca s di chuyn ca B ã c nói rõ trong h thng kt

hp ca thanh di chuyn Obxbzb.
1 2
' cos
2
b
h
x t t ε
⎛ ⎞
∆ = + −
⎜ ⎟
⎝ ⎠
(2.2)
2
' sin
2
b
h
z t ε
⎛ ⎞
∆ = −
⎜ ⎟
⎝ ⎠
(2.3)
1
sin(
sin 2
w b
ER h
t
λ ρ ε
ε
− −
= − (2.4)
2
sin
sin
w
ER
t
ρ
ε
= (2.5)
Hình 2.3 ch rõ các tham s cho vic tính toán s  
v n ng c a L xem xét n s
vn ng ca B và cu trúc c hc ca thanh di chuyn song song.
Xb Zb
r
Z
r
X
R
R
R'
F'
ER
EF
tr¹ ng th¸ i t
tr¹ ng th¸ i t+1
φ
1
L
L'
µ
η
θ1
w
φ
2
φ
k+s+s'
B
B'
φ2
2
θ
∆
ρw
Or
b
O
L: hình chiếu tâm O rôbot trong
mặt phẳ ể
ng trái giá chuy n hướng
(vị trí tại thời đỉểm t)
L’: vị trí đ ể
i m L tại thờ đ ể
i i m t+1
∆ ả
: kho ng cách LL’
∆ ∆ ế ủ
x, z: hình chi u c a LL’ trên
Obxz
µ: góc của LL’ trên Obxz
η: góc LL’ trên Orxz
θ1, θ2: bước góc lúc đầu/cuối
Hình 2.3: S 
d ch chuyn ca giá
chuyn hng.
φ1,φ2: góc giá chuyển hướng lúc
đầu/cuối
k+s+s’: chiều dài chân giá chuyển
hướng

Góc thanh di chuy i gi
n có hiu qu thay  a trng thái t và t+1 có c bng
cách s 
d ng
2 2 1 1
( )
ε θ φ θ θ
= + − + (2.6)
Bi vì v trí tng i ca L và B ph thuc và cu hình ca thanh di chuyn, nên
s di chuyn ca B và L không ging nhau. nh hng này cn phi c a vào
tính toán s di chuyn hi u qu
  
c a L. Xem xét n tn s góc thay i, s 
d ch
chuyn gia t và t+1 là nh, nh   
ng s chính xác t ng lên  
c a ra b i:
2 1
2 1
( ').(sin sin )
( ').(cos cos )
x
c k s s
cz k s s
θ θ
θ θ
= − + + −
= + + −
(2.7)
Tip ó cx và cy phi c thêm vào  
x’, z’  có c nhng s dch chuyn
hiu qu ca  
i m L c miêu t trong h ta  Obxz
' x
x x c
∆ = ∆ + (2.8)
' z
z z c
∆ = ∆ + (2.9)
Cui cùng, qui tc tiêu chun ca s di chuyn ng
 và góc chuyn  µ c nh
ngha là:
2 2
x z
∆ = ∆ + ∆ (2.10)
arctan
z
x
µ
∆
⎛ ⎞
= − ⎜ ⎟
∆
⎝ ⎠
(2.11)
Và s 
d ch chuyn góc trong h 
t a  rôbot Orxz c cho bi:
1
η θ µ
= + (2.12)
2.2.2 Sự dịch chuyển 3D.
         
ph n trc ã ch ra cách tính toán s d ch chuy n ( và ) c a 1 giá chuyn
hng. Mc ích ca phn này là lp phng trình tính toán s dch chuyn ca
trng tâm O rôbot b  
ng cách s d ng s 
d ch chuyn trái và phi ca giá chuyn
hng. Theo cách ó, kí hiu l và r c s dng  bi  
u th m i liên h 
gi a giá
chuyn hng trái và phi. Ví d, r là s 
d ch chuy 
n góc c a giá chuyn hng
bên phi c xác nh trong mt ph 
ng r và r là tiêu chun ca s 
d ch chuyn.
S  chính cho 3D-Odometry c mô t trong hình 2.4.

π
l
π
π
∆r
l
∆
r
b
nr
l
n
t
r
¹
n
g
t
h
¸
i
t
t
r
¹
n
g
t
h
¸
i
t
+
1
C'(Xc,Yc,Zc)
L'(Xl,Yl,Zl)
Xr
W
Zr
0'(X0,Y0,Z0)
C
0
Yr
L
l
η
η r
b
2
2
b
W
Wb: khoảng cách giữa 2 mặt phẳng giá chuyển hướng
C,C’: vị ố ủ ể ả
trí lúc đầu/cu i c a tâm giá chuy n hướng ph i
L,L’: vị trí lúc đầu/cuối của tâm giá chuyển hướng trái
O,O’: vị trí lúc đầu/cuối của tâm rôbot
ηl,ηr: sự ị
d ch chuyển góc trái/phải
∆r,∆l: sự ị
d ch chuyển tuyệt đối phải/trái πl, πr: mặt phẳng trái/phải
πb: mặt phẳng song song với Oxz và chứa C
Hình 2.4: 3D-Odometry và các bin
Các r l góc và xác nh trong mt ph 
ng r và l có cha C và L'. C 'và L' nm
trên vòng tâm C và L vi bán kính r và l trong mt ph 
ng r l tng ng.  
i u
    
ó d n t i nh ng ràng bu c sau:
. ' 0
r
n CC =
uu
r uuuu
r
(2.13)
. ' 0
l
n LL =
ur uuur
(2.14)

2
2 2 2
2
b
r r r r
W
x y z
⎛ ⎞
∆ = + + +
⎜ ⎟
⎝ ⎠
(2.15)
2
2 2 2
2
b
l l l l
W
x y z
⎛ ⎞
∆ = + + +
⎜ ⎟
⎝ ⎠
(2.16)
S ràng buc thêm c cho bi phng trình 3.17. Phng trình 3.18 mô t véc t
OO
2
2 2 2 2
2
b
r r r r
W
x y z
⎛ ⎞
+ ∆ = + +
⎜ ⎟
⎝ ⎠
(2.17)
' '
' '
2
C L
OO OC
= +
uuuuu
r
uuuu
r uuuu
r
(2.18)
( ) ( ) ( )
2 2 2
2
b l r l r l r
W x x y y z z
= − + − + − (2.19)
r l
b
x x
d
W
ψ
−
= (2.20)
Gii 9 phng trình vi 9 n s t 3.11 n 3.19 dn n
 áp án cho véc t '
OC ,
'
OL và '
OO . Góc lch tng c tính bng phng trình 3.20.
Ví d chuy ng tâm khi rôbot leo c
 
n ng c a tr u thang (hình 2.5). Trng tâm
ca xe i lên 10% khi bánh trc  trên cu thang. Sau khi b bánh u tiên c
tr giúp bi di chuyn ca chân trc trng tâm lên 50%. B bánh th 2 và bánh
sau mi th óng góp xp x 25%.  
i u này cho ta thy kt cu c khí này cho phép
trng tâm chuyn ng d dàng.

Hình 2.5 Quỹ ủ
đạo c a tâm trọng lực khi leo cầu thang 17cm.
2.3Kết luận
Chng này ã miêu t mt phng pháp mi c gi là 3D-Odometry, nó ã
ch ã c
 ra hiu sut tt hn so vi phng pháp tiêu chun  c s dng tr ây.
S c lng v trí c ci thin áng k khi thit b   
i u khi n vt qua chng
ngi vt có  dc bi vì phng pháp ã tính n  dc không liên tc và mô hình
ng hc.
Khi c kt hp vi 3D-Odometry, thit k này cho phép s dng Odometry nh
là mt phng tin  c lng s 
d ch chuyn ca thit b 
di chuy n trong a
hình không bng phng. Hn na, cht lng ca Odometry có th c ci thin
       
áng k khi s d ng m t thi t b iu khin thông minh làm gim ti a s trt ca
bánh xe.

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC
HỌC ROBOT TỰ HÀNH SHRIMPIII
3.1 Thiết lập phương trình truyề ữ
n động gi a động cơ và robot
Hình 3.1 Phân bố ộ
n i lực và ngoại lực tác dụng lên trục mỗ đ
i ông cơ ẫ
d n động
bánh
Ta nhn thy r 
ng m    
i tr ng thái d ch chuy n c a robot ShrimpIII trên các
a hình khác nhau thì v       
n t c và i u ki n làm vi c c a m i ng c trong 6 ng
c d 
n ng có th ging nhau ho   
c khác nhau. Do ó ta quy i thành ph n t i
trng và lc c c        
nh l n ng u nhiên tác ng lên m i tr c ng c ch u t i c a
mi bánh dn ng.
Gi:
W là nng lng a vào m  
i ng c iên
Wt là nng lng tiêu th 
c a robot ShrimpIII quy i v 
m i ng c.
ω
Tdc
Mcan
Fb
Fms
N
P
Fngoài
Bánh xe ShrimpIII

∆ W là mc chênh nng l ng tiêu
ng gia nng lng a vào và nng l
th.
T ó ta có phng trình cân bng nng lng:
W = Wt + ∆W (3.1)
Mt khc  chênh lch nng lng to ra ng nng duy trì chuyn ng ca h
∆W = 2
2
1
ω
J (3.2)
Trong  
ó: J là mômen quán tính c a ti và ca ng c ng c
 quy i v trc  
T (3.1) và (3.2) ta có: W = Wt + 2
2
1
ω
J . (3.3)
 
ào hàm 2 v phng trình (2.3), và chia cho ω ta c.
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
= 2
2
1
1
1
1
ω
ω
ω
ω
J
dt
d
dt
dW
dt
dW t
(3.4)
Ta ã bit rng: dc
T
dt
dW
=
ω
1
Chính là mômen ca ng c
can
t
M
dt
dW
=
ω
1
là mômen cn ca h c m
 quy v tr i ng c
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ 2
2
1
1
ω
ω
J
dt
d
ây là mômen ng lng ca robot trên mi trc
ng c
Nên ta có phng trình ng lc hc ca h truyn ng tng quát ca mi ng c
 
m i bánh:
Tdc + can
M
dt
dJ
dt
d
J +
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+ ω
ω
2
1
(3.5)
Do Mômen quán tính thng là hng s theo thi gian hoc có thay i thì giá tr
thay i không áng k nên
dt
dJ
ta coi nh = 0 trong tính toán.
Vy phng trình ng lc hc rút gn li s là:
Tdc + can
M
dt
d
J +
ω hay Tdc – Mcan =
dt
d
J ω (3.6)

T ó ta thy:
 Tdc > Mcan thì
dt
dω
> 0 tc  ng c ng d
 
t n. Robot ang tng tc.
 Tdc < Mcan thì
dt
dω
< 0 tc  ng c gim dn hay Robot ang hãm.
 Tdc = Mcan thì
dt
dω
= 0 ng c quay
  
n nh hay robot di chuy n vi tc
 hng.
3.2 Phân tích các thành phần trong kết cấu của robot tự hành ShrimpIII
3.2.1 C c a)
ơ ấu hình bình hành (chân giữ
Hình 3.2 Cơ cấu hình bình hành kết nối bộ bánh bên thân robot ShrimpIII
Có th a ra mt nhn xét rng. Trong mt tng th hoàn ho v k  
t c u c a
robot t hành Me-ShrimpVn thì phng án kt cu hình bình hành cho cp bánh
bên thân là kt c 
u n tng và hoàn ho nht.

Hình 3.3 Đặc tính cơ họ ớ ấ
c ( kh p th p) của cơ ấ
c u
N 
u xét trong c h     
c thì ta nh n th y ngay k t c u có ch a nh 
ng ràng bu c
tha không cn thit. Nhng i vi Robot Me-ShrimpVn thì ó li cn thit 
tng thêm c
 ng vng cho c h thng khi dch chuyn.
i
 m áng chú ý ca kt cu hình bình hành là tính linh hot khi d 
ch chuy n
trên a hình không bng phng,  
i u này ta s thy rõ trong (hình 3.4).
Hình 3.4 Khả năng linh hoạt vượt địa hình của cặp bánh bên thân robot ShrimpIII
V    
i k t c u hình bình hành cho c p bánh thân bên Robot ShrimpIII có th
vt a hình phc tp mt cách n gin và nh nhàng ( hình 3.4a), trong khi ó
vi kt cu cu th    
ng theo ki u c i n (hình 3.4b) thì trong khi vt a hình ch
cn chiu cao vt cn  bán kính bánh thì h thng ã b chn li,   
i u này cho th y
s khó khn khi di chuyn trên a hình ca b giá phng và s linh hot ca c cu

hình bình hành dù mc nng l ng c
 p cho hai h thng này là hoàn toàn ging
nhau.
Truc quay
Tâm quay a'o
Tâm quay thuc
a) b)
Hình 3.5 So sánh tâm quay giữa 2 cơ ấ
c u
a) C c
ơ ấu: bánh với khâu hình bình hành
b) Có cấu: bánh với khâu thẳng trực tiếp
3.2.2 Chân linh hoạt (chân trước) của Robot ShrimpIII
( K 
t c u :
Hình 3.6 Kêt cấu chân trước robot ShrimpIII

C  
ng gi ng nh chân gia ca robot MeShrimVn, chân trc cng là mt kt
cu có chuyn ng linh hot so vi thân robot qua 2 kh    
p tr n i v i thân. K t cu
này làm tng kh n   
ng di chuy n khi vt qua a hình g gh ca robot. Khi robot
vt chng ngi vt thì không phi c h th  
ng cùng nh hng m t lúc mà s nh
hng theo tng phn mt nh vây trong lc s c chia ra và s  
c c n di chuy n
s i
 nh i làm cho robot di chuyn d dàng hn.  u này kim chng n gin, khi
chân trc tip xúc vt cn, l 
c y c a robot làm cho chân trc quay quanh 2
khp tr và y bánh t t v
 t qua v 
t c n trong khi toàn thân robot h   
u nh v n
trng thái nm ngang. Lúc này chân trc ch chu tác dng ca trng lc khi
lng ca chính thân gây ra (thành ph 
n này nh h   
n tr ng lng c a toàn b robot
rt nhiu) cng vi thành phn Flx theo phng thng ng làm cn tr chuyn
ng n    
a mà thôi. Trong khi t ng l c tích c c giúp chân trc và robot ti n lên là
tng ni lc ca 6 ng c n ng bánh và lc tích lu trong lò xo theo phng
ngang (Flxx ). V  
i i u kin bình thng lò xo ã b nén mt giá tr (δ0) ban u. do
ó bánh trc luôn chu ti thiu m   
t l c àn h i Flx0
( Nguyên lý nâng bánh trc:
Ftotal
Ftác dung
Tâm quay a'o
Flx
Fd
Fn
Pct
Gct
Huong chuyen dich
Tdc
Vb
Hình 3.7 Nguyên lý dịch chuyển của chân trước robot ShirmpIII
Trong ó: Ftotal là tng lc y ca 5 ng c phía sau.

Ftác dng là phn lc tác dng ca vt cn vào bánh trc t  
i i m tip
xúc.
d
n
lx F
F
F
r
r
r
+
= là l 
c àn hi ca lò xo theo 2 phng ngang và ng.
Pct : Trng lng ca chân trc t ti trng tâm Gct.
( Thông s 
k thut :
Tb(x,y)
h
d
e
a
c
b
Y
X
φ
φ
φ
φ
φ
α
α
α
α
α
β
β
β
β
β
γ
γ
γ
γ
γ
ξ
ξ
ξ
ξ
ξ
ψ
ψ
ψ
ψ
ψ
∆
∆
∆
∆
∆
Hình 3.8 Thông số ỹ
k thuật của chân trước robot ShrimpIII

Hình 3.9 Chân trước với các thông số kích thước chiều dài.
Giai      
o n t khi bánh chân trc robot ShrimpIII ti p xúc v t c n n trc
khi bánh chân trc lên t  
i i m cao nht t c thì toàn thân robot coi nh vn
nm theo phng ngang ( c nh) (hình 3.12).
Ta hoàn toàn có th thit lp c mi liên hoan hàm s gia α, ψ và ξ là hàm
s ca góc di ∆: (∆ là góc lch ca khâu di chân trc so vi phng ngang)
Ë φ
π
α +
∆
−
=
∆
2
)
(
Ë
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
∆
−
+
+
+
∆
−
+
+
∆
−
+
∆
−
=
∆
)}
(
cos{
.
.
.
2
.
.
2
)}
(
cos{
.
.
.
2
)}
(
cos{
.
.
.
2
)}
(
cos{
cos
.
)
(
2
2
2
2
2
2
2
2
α
α
α
α
ψ
c
b
c
b
d
e
d
c
b
c
b
c
b
c
b
b
c
a
Ë ξ(∆) = ∆ - ψ(∆)
T   
các phng trình (3.7, 3.8 và 3.9) ta xác nh c q y o chuy n ng
ca tâm bánh trc robot ShrimpIII là mt hàm ca góc di (∆) và các thông s
kích thc dài la chn c nh trc:
b
e
d
h
c
Bánh chân trước
1
1
1
1
Khâu co dinh
Tb(x,y)
X
(3.7)
(3.8)
(3.9)
Ghi chú:
1 – Các khp tr quay

Ë ⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
∆
+
∆
∆
+
∆
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
∆
∆
=
∆
)}
(
sin{
.
)
sin(
.
)}
(
cos{
.
)
cos(
.
.
1
0
0
1
)
(
)
(
)
(
ξ
ξ
h
c
h
c
y
x
Tb
Nh v    
y t các phng trinh (3.10), (3.9), (3.8) và (3.7) ta nh n th y r ng khi
thay i các thông s kích thc chân trc thì m  
i b kích thc khác nhau s cho
ta mt qu o chuyn ng khác nhau ca tâm bánh trc robot ShrimpIII khi
bánh trc vt chng ng 
i v t.
Hình 3.10 Biểu đồ mô phỏng quỹ đạo chuyển động của tâm bánh trước Tb(x,y) khi
thay đổi thông số chiều dài khâu e và khâu d
Các thông s t c nh khi mô phng ( 
n v : mm) (hình 3.10)
b = 40, c = 125 và h = 140.
Chú thích ng cong qu o và các giá tr kích thc e và d tng ng (n v
[mm]):
(3.10)

Qu o Tb(x,y) theo e và d Giá tr kích thc e và d tng ng
e = 189, d = 52
e =106, d =52
e = 115, d = 50
e = 109, d = 50
e = 114, d = 51
3.2.3 Chân sau (chân cố định) ngàm cứng với thân robot
$ K 
t c u:
Hình 3.11 Kết cấu chân sau (chân cố định với thân robot)
Kt cu chân sau c thit k c nh vi thân vi các mc ích sau:
- Chân sau giúp cho robot ShrimpIII c    
ng v ng và cân b ng t t h n trong khi di
chuyn trên a hình vì trng lng c nh và ti c chia u cho c sáu
bánh dn ng
- Vi kt cu chân sau có bánh g  
n ng c d    
n ng, i u này làm gi m kh
nng ti tác dng lên các bánh còn li và tng ng lc y h thng khi
robot vt qua chng ngi vt.

- n
Khi robot thc hin chuy ng xoay tròn và r, kt hp vi chân trc to
thành th cân bng nht giúp robot quay vòng nh nhàng và nhanh chóng vì
ti trng u.
c chia 
3.3 Tính toán chiều cao vật cản tố đ
i a robot ShrimpIII có thể vượt qua được
Ta nhn th  
y r ng chi u cao ca vt cn mà robot ShrimpIII có thê vt qua
c ph 
i tho mãn h 
th c:
Hcn ]
max(H
),
Max(H
[
min hbh
ct
≤
Trong ó:
Hcn : Chiu cao vt cn robot cn vt qua
Hct : Chiu cao vt cn chân tr 
c có th v t qua
Hhbh : Chiu cao v n chân bên ( c
t c  
c u hình bình hành) có th vt qua.
T b 
t phng trình (2.28) ta rút ra. Robot có th vt qua v   
t c n có chi u cao t i
a la:
Hcn max ]
max(H
),
Max(H
[
min hbh
ct
=
3.3.1 Chiều cao lớn nhất của vật cản mà chân trước robot ShrimpIII có
thể vượt qua
Ta th  
y r ng cao mà bánh trc có th nâng lên c ph thuc vào giá tr
chiucao c nh ban u ca Robot ShrimpIII và giá tr góc ∆. Nh vy do khi
thit k và ch to thì chiu cao t m    
t t t i kh p quay di c a chân trc vi
thân là hoàn toàn c nh. Do ó chiu cao t 
i a ca vt cn mà chân trc có th
vt qua hay khong cách nâng lên ca chân trc ph thu 
c vào giá tr .
∆
(3.11)
(3.12)

X
∆
∆
∆
∆
∆
min
Bánh chân truoc
c
H
0
h
c
Thân Robot
ShrimpIII
∆
∆
∆
∆
∆
max
ξ
ξ
ξ
ξ
ξ
max
ξ
ξ
ξ
ξ
ξ
min
H
1
H
2
R
h
Hình 3.12 Sơ đồ tính độ nâng lên của bánh trước khi leo qua vật cản
Theo (hình 3.12) trong khi bánh trc robot ShrimpIII vt qua vt cn thì giá tr
góc ∆ thay i t (∆min ti ∆max ) ngc l i giá tr
    
l
ξ(∆) i thay i t (ξmax ti ξmin)
Chiu cao  
i m di cùng bánh trc vt qua c tính bng công thc sau:
Hct = H0 + H1 - H2
Trong ó:
Hct : là giá tr 
c n xác nh
H0 : là giá tr ã bit ph thuc vào kích thc thit k ban u ca robot
H1 = c.sin(∆) vi ∆ = [∆min, ∆max ]
Î H 1max = c.sin(∆max)
H2 = h.sin(ξ) + R vi ξ = [ξ max, ξmin]
Î H 2min = h.sin(ξmin) + R
Vi R: bán kính bánh chân trc.
(3.13)
(3.14)
(3.15)

K    
t h p các công th c (3.13), (3.14), (3.15) v i các công th c (3.7), (3.8),
(3.9)  
ph n trên ta xác nh c chính xác chiu cao ti a vt cn mà bánh trc
có th vt qua c là:
Hctmax = H0 + c.sin(∆max) - h.sin(ξmin) – R
vi ξ(∆) = ∆ - ψ(∆)
Do ó:
R
c
b
c
b
d
e
d
c
b
c
b
c
b
c
b
b
c
a
h
c
H
Hct
−
⎪
⎭
⎪
⎬
⎫
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
∆
−
+
+
+
∆
−
+
+
∆
−
+
∆
−
−
∆
−
∆
+
=
)}
(
cos{
.
.
.
2
2
2
.
.
2
)}
(
cos{
.
.
.
2
)
(
cos{
.
.
.
2
)}
(
cos{
cos
.
...
....
sin
)
sin(
.
max
2
2
max
2
2
max
2
2
max
max
max
0
max
α
α
α
α
Vi giá tr ch to thc t ca robot ShrimpIII có:
Góc ∆ thay i t 300
Æ 700
, góc φ = 00
.
Kích thc dài các khâu thuc chân trc Robot ShrimpIII (n v o [mm]):
e = 190; c = 210; b = 65; d = 80; h = 355; R = 50; H0 = 150.
Thay các giá tr kích thc dài và góc vào phng trình (2.33) ta c chiu cao ti
a mà chân trc ShrimpIII có th leo qua là:
(mm)
19,5
max
≈
ct
H
Theo (2.34) thì giá tr l    
n nh t chi u cao v t c n theo tính toán bánh chân trc có
th vt qua là 19,8. Tuy nhiên trên th 
c t n 
u ng c có công su 
t ln thì
bánh trc hoàn toàn có th vt qua chiu cao vt c  
n m t kho ng R
≤ .
Tc là Hct max lý tng δ
−
+
= R
H ct max
Nh vy giá tr Hct max lý tng ≈ 24 (mm).
Ti vì: N  
u i m cao nht ca v    
t c n ti p xúc v i bánh trc robot ShrimpIII t i
     
i m th p h n tâm bánh m t kho ng (δ) ( ln) thì di tác d 
ng c a quán tính và
mômen ng c sinh ra k     
t h p v i l c y c a 5 ng c dn ng bánh phía sau
hoàn toàn có th 
y c bánh chân trc vt qua vt cn.
(3.16)
(3.17a)
(3.17b)

3.3.2 Chiều cao lớn nhất của vật cản mà 2 bánh ở chân bên có thể vượt
qua
m
n
p
R Bánh ShrimpIII
Hình 3.13 Kết cấu hình bình hành ở trạng thái tĩnh trên nền phẳng

H
Bánh ShrimpIII
θ
µ
H
n
H
hbh
Hình 3.14 Kết cấu chân (hbh) ở trạng thái vượt vật cản.
T 
hình 3.14 ta có công th c tính chiu cao vt vn mà c cu chân bánh hình
bình hành vt qua là:
Do φ+µ = 1800
(3.18)
Vi kích thc thi 
t k : m = 150 mm; n = 80 mm; p = 150 mm; R = 50 mm; 0
30
≈
φ
Góc φ bé nht c cu hình bình hành nhc lên mà các khp v  
n không b k t
Thay các giá tr        
vào công th c (3.18) ta rút ra giá tr chi u cao v t c n l n nh t c
cu bánh hình bình hành vt qua c.
HhbhMax = 2.150.cos(300
) ≈ 26 (mm)
Gii thích tng t (2.34b) thì trong trng hp lý tng c cu bánh hình bình
hành có th vt qua vt cn có chiu cao:
HhbhMax lý tng ≈ 31 (mm)
Tr li công thc (3.12)
(3.19a)
(3.19b)

Hcn max ]
max(H
),
Max(H
[
min hbh
ct
=
Do ó kêt hp công thc (3.15) và các giá tr tính dc ti (3.17) và (3.9)
Ta có, trong   
i u ki n bình thng:
Hcn max = min(18; 23) = 19,5 (mm)
V i
y trong  u kin bình hin có. Robot ShrimpIII có th d  
dàng vt qua v t c n
th 
ng ng (bc cu thang) có chiu chiu cao t 
i a là 19,5 (mm)
Trong  
i u kin lý tng v k thut ( c th     
là công su t ng c , k t c u  c ng
vng) thì: (3.12) kt hp (3.17a) và (3.19b) ta có.
Hcn max lý tng = min(23; 31) = 24 (mm)
Trong   
i u ki n lý tng:
Robot ShrimpIII có th vt qua bc thang có chiu cao 24 (mm)
3.4 Động học và động lực học trong di chuyển tự hành của robot ShrimpIII
Gi:
Mc : khi lng c nh ca toàn h thng robot ShrimpIII khi không
có ti.
Mtai : khi lng ti mà robot ShrimpIII có th mang theo khi di chuyn.
µ : h 
s ma sát trt gia bánh robot và b 
m t a hình
Tdc : Mômen quay c  
a ng c
Flx0 : l 
c àn hi ban u mà lò xo c tích lu.
P : trng l ng c
 a robot ShrimpIII khi không có ti

3.4.1 Robot ShrimpIII di chuyển trên địa hình coi như phẳng
P
Tdc Vb
Fmsb
Tdc
Vb
Fmsb
Tdc
Vb
Fmsb
Tdc
Vb
Fmsb
Nbn Nbn Nbn Nbn
Camera
Mtai
Flx0
Fx0
Fy0
Luc lò xo
ban dâ`u
Hình 3.15 Robot ShrimpIII di chuyể ề
n trên n n phẳng
Gi thit rng 6 ng c d    
n ng bánh hoàn toàn ng ch t và tng t nhau
v thông s k    
thu t, vector tr ng lng c a robot trc và sau khi t t i là trùng
nhau.
Coi lc tác ng riêng ph 
n c a lò xo lên bánh trc  trng thái t nhiên là
không áng k. V 
n t c ban  
u c a robot = 0.
Nh v 
y ta xem nh t        
i tr ng c chia ia u cho c 6 tr c ng c . T c là
t ng c u m
i mi trc   s phi ch t trng lng:
6
)
.
( P
g
M
P tai
b
+
=
T ó ta có th n gin bài toán ca toàn h thng robot ShrimpIII v xét bài toán
trên mi h truyn ng riêng ng c và bánh dn.
(3.20)

Pb
Fms
Nb
Tdc
Vb
ϖ
ϖ
ϖ
ϖ
ϖ
Hình 3.16 Quy đổi lực tác dụng về tính trên mỗi hệ động cơ – bánh dẫn.
Khi robot kh 
i ng, thì mômen do  
ng c sinh ra ph  
i th ng c mômen c n do
ngoi lc sinh ra. Và h robot chuyn n
ng nhanh d u theo phng trình.
dt
d
J
M
T c
dc
ω
=
−
Trong ó: J: Môment quán tính ca h quy v trên tr 
c ng c
2
.
2
1
R
m
J qd
=
mqd khi lng quy i v 
m i trc ng c
L y
c cn ch     
u sinh ra là do tr ng lng c a robot và c a t i sinh
sinh ra ma sát chng li s trt ca bánh dn, nh 
v y:
Mc = Fms .R = µ.N.R = µ.R.Pb
Khi b 
qua ma sát trong trc, tn tht c, t   
n th t thép trong ng c ta coi:
Tdc = T   
i n t = Tc = iu(t).Kφ
Trong ó: iu(t) – Dòng  
i n ph   
n ng ng c theo thi gian
(3.21)
(3.22)
(3.23)
(3.24)

K - H  
ng s ng c
φ - T thông trong ng c (coi nh giá tr hng)
T ó ta có phng trình:
dt
d
R
m
P
R
K
t
i qd
b
u
ω
µ
φ 2
.
2
1
.
.
.
).
( =
−
T      
phng trình 3.25 ta th y r ng. Khi robot ShrimpIII kh i ng. th ng
c môment cn thì c 
n c p dòng (Iu) cho ng c m 
t giá tr  l   
n ng c
t n
ng tc ti giá tr  nh ω0. Khi robot t ti tc  ω0 thì h   
làm vi c n nh và
robot dch chuyn v n t
i v c hng. Tip theo khi robot chuy  
n sang ch hãm
(dng) môment do ng c sinh ra không thng c mômen cn nên ng c quay
chm d 
n n khi ng( khong thi gian kh  
i ng và hãm có th r  
t ng n so v i
th t
i gian robot ho ng bình  
n v i giá tr v   
n t c nh t nh ω0 nào ó. Mt khác
dòng  
i n iu li hoàn toàn có th 
thay i b    
ng i n áp ph n ng Ung. Nh vy
b y i i n
ng vic thay i bc nh  n áp phn ng ta có th  u khi c tc 
   
ng c d n ng robot ShrimpIII
0
100
0.02
0 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
200
300
400
Toc do: n (vòng/ phut)
-30
-15
0
15
30
Dong dien: iu [A]
Time (s)
0.02
0 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
Hình 3.17 Đ ứ ố ầ ứ
áp ng t c độ quay (n), dòng ph n ng (iu) khi có bước nhả đ ệ
y i n áp
(uu)
(3.25)

3.4.2 Giai đ ạ
o n từ khi bánh chân trước ShrimpIII tiếp xúc đến khi leo
hết bậc thang đầu tiên
P
Tdc
Vb
Tdc
Vb
Tdc
Vb
Tdc
Vbn
Fmsb Fmsb Fmsb
Fmsbn
Nbn Nbn Nbn Nbn
Fmsbd
Nbd
Vbd
Tdc
Vbd
Fmsbd
Nbd
Flx
Fx
Fy
Pb
Camera
Luc Lò xo
Mtai
Hình 3.18 Bánh chân trước ShrimpIII tiếp xúc và leo hết bậc cầu thang
Giai      
o n này, khi bánh trc ti p xúc v i m t ng b c thang thì trng thái làm
vic ca robot ShrimpIII c b       
n gi ng trng h p 3.5.1, i m khác là xu t hi n l c
c n c
n di chuy a robot do phn lc ca vt cn tác ng lên.
Khi bánh trc nâng lên khi mt phng ngang, ch t     
n t i duy nh t 1 i m ti p
xúc gia bánh trc và mt ng ca bc robot ShrimpIII chuyn sang trng thái
làm vic m     
i. Tr ng lng b n thân robot và c a t i không còn chia u cho c 6
bánh na. Lúc này, 5 bánh sau chu ph ng l
 
n l n tr ng robot còn bn thân bánh
trc ch chu mt ph 
n tr ng lng và các thành ph 
n c a lc àn hi do lò xo gây
ra.
 bánh trc có th leo lên c thì ng c d  
n ng 5 bánh sau và ngay c
       
ng c d n ng bánh trc ph i sinh ra n i l c tháng c t ng l 
c c n kéo bánh
xung.
Xét bánh trc:
L    
c y tích c c tr c ng c bánh tr 
c theo ph ng ngang

lxx
i
dci
xbt F
F
F +
= ∑
=
6
1
Thành ph     
n l c c n d ch chuy n c a bánh trc theo phng thng ng
1
dc
lxy
bt
bty F
F
P
F −
+
=
 bánh trc có th d     
ch chuy n lên c theo phng th ng ng ph i t o
ra lc ma sát trên thành ng thng c thành ph 
n l c cn theo phng y.
Hay: bty
lxx
i
dci
bd
mstd F
F
F
N
F ≥
+
=
= ∑
=
)
.(
.
6
1
µ
µ
Trong ó: µ là h 
s ma sát gia bánh và mt ng bc thang
Trng thái 5 bánh sau:
Khi bánh trc tip xúc n lúc leo lên ht chiu cao bc thang,  
ng c 5
bánh sau có vai trò sinh ra l  
c y gi cho bánh trc cân bng và y bánh trc
lên trong quá trình, ng thi t 
ng l c ma sát gia 5 bánh vi n 
n ngang ph i 
ln  robot không b y lùi khi chân trc leo lên.
Ta ã bit rng:
ϖ
R.
i
b
i
dci
P
v
P
F =
=
Vi: Pi– công su   
t ng c d n ng bánh
R, ω − bánh kính, t   
c dài c a m i bánh
Mt khác, theo công thc 2.23 ta bit rng
ω = f(U) Î F dci = f(Uu)
T 3.26, 3.27, 3.28, 3.20, 3.30 thì  t        
o ra l c y c n thi t c a m i ng c ta ch
c i n
n thay i  n áp mch ph ng cp cho ng c.
Ta s tìm c giá tr chính xác n  
u xác nh c giá tr c a các thành ph 
n l c và
h s n b
  ma sát gia vt liu làm bánh robot và mt n c cu thang.
(3.26)
(3.27)
(3.28)
(3.29)
(3.30)

3.4.3 Bánh chân trước lên bám bề mặt bậc 2 trong khi các bánh còn lại
vẫn nằm ở bề mặt bậc 1
P
Tdc Vb
Tdc
Vb
Tdc
Vb
Tdc
Vb
Fmsb Fmsb Fmsb
Fmst
Nbn Nbn Nbn
Nbn
Flx
Fx
Fy
Camera Luc Lò xo
Mtai
Hình 3.19 Bánh chân trước nằm vượt qua bậc thang thứ 1
Trng hp này v c b     
n gi ng trng h p 3.5.1. i m khác là tr ng lng
robot tác dng ph 
n l n lên 5 bánh sau còn bánh trc ch ch 
u nh hng c 
am t
ph n ph n l
n trng lng toàn robot và chu thêm thành ph  c àn hi ca lò xo.

3.4.4 Hai bánh thân (21 và 22) tiếp xúc và leo lên bậc thứ nhất cầu thang
P
Tdc Vb
Tdc
Vb
Tdc
Vb
Tdc
Vb
Fmsb Fmsb
Fmst
Nbn Nbn
Fmsd
Nbn
Flx
Fx
Fy
Camera
Nbd
Luc Lò xo
Mtai
Hình 3.20 Bánh 21 và 22 vượt mặt đứng bậc thang
Lúc này hình dng robot b 
t u bi   
n i ph n thân, các khp quay khung
hình bình hành c kích hot, na trên robot c nâng lên. Trng lng robot t
lên 3 bánh sau là chính.
3.4.5 Ba bánh trước bám mặt bậc thang 2 trong khi 3 bánh sau vẫn nằm
ở ề ặ ậ ứ ấ
b m t b c thang th nh t
P
Tdc Vb
Tdc
Vb
Tdc
Fmsb Fmsb
Nbn Nbn
Flx
Fx
Fy
Tdc
Vb
F
msb
Nbn
Camera
Fmsb
Nbn
Vb
Luc Lò xo
M tai
Hình 3.21 Trạng thái 3 bánh trước vượt hết bậc trongkhi 3 bánh sau chưa vượt

Trng thái này ca robot ShrimpIII ch khác trng thái II.5.1  phân b thành
phn lc lên mi trc ng c.
3.4.6 Hai bánh thân (31 và 32) vượt bậc thang thứ nhất
P
Tdc Vb
Tdc
Vb
Tdc
Fmsb
Nbn
Flx
Fx
Fy
Tdc
Vb
Fmsb
Nbn
Camera
Fmsb
Nbn
Vb
Fmsbd
Nbd
Luc Lò xo
Mtai
Hình 3.22 Trạng thái cặp bánh 31 và 32 vượt bậc thang
 robot ShrimpIII vt qua trng thái này òi hi công sut ng c phi 
ln  nâng thân robot và ti trng ph t trên nó. Do phn ln trng lng robot
do ti và thân robot t lên 3 bánh sau nên khi cp bánh 31 và 32 vt lên bc lc
c ng s r n.
n chuyn   t l
Gi P3 là thành phn trng lng quy i v m    
i tr c ng c 31 và 32 khi c p
bánh này leo lên mt b 
c ng.
Fdc3 – là l 
c y do m i ng c 
d n ng bánh 31 và 32 sinh ra.
Ft – là tng lc sinh ra do 4 bánh còn li tác dng lên mi bánh ang leo.
       
i u ki n  c p bánh robot ShrimpIII v ot lên h t thành ng b c thang là:
Fdc3 + Fms3 P
 3
Mt khác ta có: Fms3 = µ.Ft.
(3.31)
(3.32)

Thay vào (3.31) Fdc3 + µ.Ft P
 3
3.4.7 Bánh sau cùng vượt bậc thang
P
Tdc
Vb
Tdc
Vb
Fmsb
Tdc
Vb
Fmsb
Tdc
Vb
Fmsb
Nbn Nbn Nbn
Fmsbd
Nbd
Mtai
Camera
Flx
Fx
Fy
Luc Lò xo
Hình 3.23 Trạng thái bánh cuối (bánh 4) vượt thành đứng bậc thang
Khi robot ShrimpIII  
ã vt thành công b c thang c 5 bánh trc thì robot
d n b
 dàng kéo bánh sau lên khi vt c c thang.
Thành phn và c  
i m lc c din t trên hình 3.23

3.4.8 Trường hợp vật cản nhỏ nằm lệch chỉ 2 bánh thuộc cơ cấu hình
bình hành vượt vật cản
P
Tdc Vb
Fmsb
Tdc
Vb
Fmsb
Nbn Nbn
Camera
Tdc
Vb
Tdc
Vb Fmsd
Nbd
Fmsb
Nbn
Mtai
Vat can
Hình 3.24 Robot ShrimpIII vượt vật cản lệch (1 cặp bánh bên thân vượt vật cản)
ây là mt trong nhng trng hp nguy him có th d  
n t i l t robot trong
khi robot ShrimpIII di chuyn. Khi bánh phía trc ca mt c c 
u hình bình ti p
xúc vi v n thì hi
t c n tng mt cân i trong robot d dàng xy ra do trng

lng robot b nghiêng v bên không gp vt cn. Khi c bánh tip xúc vt lên vt
cn thì c c   
u hình bình hành i di n ph i d ch chuyn và phi can bng c
khong dch chuyn ca cp bánh vt vt c  
n. i u kin này cho th 
y n u vt cn
mà 1 cp bánh bên phi vt qua có thành th   
ng ng thì robot ShrimpIII v n
gi úng hng òi hi các bánh còn l    
i coi nh ng yên trong khi c p bánh v ot
v i
t cn vn phi hot ng.  u này là rt khó do ta khó có th nhn dng c
hình dng và tính cht ca vt cn nm lch hng.
Vb = x’ ≈ 0
Do  
ó i vi các bánh không vt vt cn s xy ra hin tng trt.
3.4.9 Robot ShrimpIII quay vòng và chuyển hướng khi di chuyển trên
nền phẳng
Hình 3.25 Trạng thái khi quay vòng hoặc chuyển hướng của robot ShrimpIII
Hình 3.25 th 
hi n nguyên lý quay vòng và r trong di chuyn ca robot
ShrimpIII.  toàn thân có th quay vòng 1800
, 3600
hay mt góc α b  
t k nào ó,
v i
i  u kin các bánh không c xy ra hin tng trt thì bt bu 
c 2 bánh r
trc và sau phi quay 900
và có hng dch chuyn ngc chi  
u nhau, ng th i
90°
90°
Robot ShrimpIII

v c
i 2 bánh lái thì 2 bánh mi c u thân bên s t   
o thành m t b bánh chuy n ng
 
ng t c cùng h c h
ng và ng ng vi cp bánh i din.
Phng trình toán hc quay robot ShrimpIII
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡ −
=
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
1
.
1
0
0
0
cos
sin
0
sin
cos
1
'
'
y
x
y
x
α
α
α
α
Trong ó: (x,y,1) hê to  thun nht ca i 
m ban u trên robot ShrimpIII
(x’,y’,1) to  sau khi quay góc α.
R(α)= .
1
0
0
0
cos
sin
0
sin
cos
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡ −
α
α
α
α
Ma trn quay thun nht.
3.4.10 Tính toán trường hợp nguy hiểm khi robot xuống cầu thang
P
Tdc
Vb
Vb
Tdc
Vb
Vb
Fmsb
Fmsb
Nbn
Nbn
Nbd
Fmsb Flx
Fx
Fy
Luc Lò xo
Camera
Nbd
Fmsb
Mtai
Hình 3.26 Trạng thái robot ShrimpIII xuỗng bậc cao thang
Hoàn toàn trái ngc vi trng hp vt lên bc cu thang trng lng là
mt trong các thành phn c h  
u c n s d  
ch chuy n c a robot ShrimpIII, trong lúc
(3.33)

xung cu thang trng lng robot li là yu t kéo robot ShrimpIII b y xung
b i
c thang mt cách nhanh chóng,  u này là rt nguy him vì nu bc thang cao thì
thành ph 
n tr ng lng  
ó l i sinh ra mômen lt d làm robot lt .
H        
n n a i u ki n robot ShrimpIII có th tính toán c chi u sâu (chi u
cao) c ng b
a m 
t c thang xung là vô cùng khó, ch c 
n chi u cao vt quá
chiu cao cho phép thì robot ShrimpIII s     
b k t ngay l p t c. Trong trng h p này
tc  ca mi tr         
c ng c ph i c i u khi n tu vào tr ng thái ti p xúc  làm
sao có th t     
o ra l c ma sát l n nh t giúp robot luôn tr ng thái th 
ng b ng lúc
chuyn ng.
3.4.11 Các trường hợp robot bị dừng chuyển động do vật cản nằm vị trí
cản đặc biệt và giải pháp khắc phục
( V        
t c n n m ngoài b r ng bánh, ch m ng c d n ng bánh làm robot quay
trt ti ch.
Hình 3.27 Robot ShrimpIII dừng hoạt động khi vật cản chạm động cơ
Bin pháp khc phc:

- L p i
 t cm bin tim cn, phát hin vt cn t xa ra lnh  u khin robot
chuyn hng
- Thay i loi i
ng c, chn lo ng c có kt cu nh g 
n, thu h p vào sát
bánh.
- T v
ng ng kính bánh nh y các vt cn có chiu cao bé s b lt qua
3.4.12 Thiết lập phương trình động học robot ShrimpIII trong toạ độ
phẳng
Hình 3.28 Mô hình động học robot ShrimpIII di chuyển từ đ ể
i m P tớ đ ể
i i m G
i i
 robot ShrimpIII di chuyn ti  m G trong h to  phng, quá trình  u
khi 
n c n thc hin qua hai giai  
o n.
Giai  
o n 1: Thc hin quay robot ShrimpIII t h 
ng ban u sang h ng thng
t – ph ng.
i ích vi góc quay ( β γ). S dng ma trn thun nht trong h to  
Vi ma trn quay thun nht quanh trc thng ng:
Y
X
O
β
γ
P
G
x1
y1
xp xG
yp
yG
ShrimpIII Mobile Robot

⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−
−
−
−
−
=
1
0
0
0
)
cos(
)
sin(
0
)
sin(
)
cos(
α
β
α
β
α
β
α
β
R
Giai  
o n 2: Sau khi th  
c hi n quay v hng th  
ng ích, robot ShrimpIII d ch
chuyn tnh ti 
n t i t:
 
i m G vi ma trn di chuyn thu 
n nh
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−
−
=
1
0
0
1
0
0
1
p
G
p
G
Y
Y
X
X
T
Nh v     
y ta có th thi t l p c phng trình ng h c khi robot ShrimpIII di
chuyn t  
i m P Ti  
i m G trên mt ph 
ng theo h to  thun nht :
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−
−
−
−
−
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡ −
=
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
1
1
0
0
0
)
cos(
)
sin(
0
)
sin(
)
cos(
.
1
0
0
_
1
0
0
1
1
P P
P
G
P
G
G
G
Y
X
Y
Y
X
X
Y
X
α
β
α
β
α
β
α
β
3.5 Kích thước thiết kế, mô hình mô phỏng và giải pháp kỹ thuật khi chế ạ
t o
3.5.1 Chân trước( chân linh hoạt )
105.0
210.0
8
0
.
0
65.0
1
8
5
115.0
190
50.0
Hình 3.29 Bản vẽ Thông số kích thước chân trước ShrimpIII
(3.34)
(3.35)
(3.36)

Khi ch t        
o do i u ki n v t li u khan hi m so v i ý tng thi t k 
ban u
nên chân trc c ch t   
o b ng nhôm vuông 25x25 có t ng c ng và thép vuông
mng 20x20. Ti các khp quay u c s d     
ng b c d n m b o c 
ng v ng
cao ca kt cu.
Hình 3.30 Toàn bộ phần chân trước ShrimpIII mô phỏng theo chế ạ
t o
- ng c lái bánh trc và sau:   
m bo s n nh, tính t 
hãm cao
gim thiu dao ng trc khi robot ShrimpIII di chuyn và quay theo ý
tng thit k ban  
u ng c lái c s dng là ng c Servo kiu dt.
Nhng do   
i u ki n ng c này khá khan him và t tin. Gii pháp thay
th là s dng ng c  
1 chi u n i vi trc ti qua hp gim t 
c bánh r ng
thép,  n i
 nh ng
t c t i cao khi  u khin. Ngoài ra  t 
chính xác v trí  
ng c 1 chiu c l p thêm encoder
  ph 
n h i tc 
và góc quay trc r

Hình 3.31 Động cơ lái bánh trước và bánh sau
Hình 3.32 Biện pháp kỹ thuật lắp ghép động cơ với càng lái và bánh dẫn

Hình 3.33 Phương pháp kẹp chặt trục động cơ và càng lái
3.5.2 Chân sau ( chân cố định với thân)
105.0
75.0
115.0
211.5
40°
Hình 3.34 Bản vẽ kích thước thiết kế và chế ạ
t o chân sau ShrimpIII

Khi thit k và ch 
t o chân sau ngoài nhng linh kin ging vi chân trc thì
khung chân sau c s d     
ng toàn b lo i nhôm ng 25x25x2 và c t ng c ng
toàn b      
khung m b o  b n và  c ng v ng khi robot ho t ng.
Hình 3.35 Hình ảnh mô phỏng chân sau robot ShrimpIII
3.5.3 Chân bên ( kết cấu khung linh hoạt hình bình hành)
Vip
150.0
300.0
80.0
M4
150.0
Ø10
V 25x25
v 20x20
30.0
Hình 3.36 Bản vẽ kích thước toàn bộ kết cấu hình bình hành (chân bên)

i vi chân bên vi kt cu hình bình hành. Khi ch t 
o s d  
ng v t li u
nhôm hp kim 25x25 i v      
i 2 thanh ng có t ng c ng toàn b m b o d cng
vng cao, s d     
ng thép vuông m ng 20x20 làm thanh ngang. ng th i k t h p s
dng tm compozit  c      
ng v ng r t cao làm c u n i gi a ng c d 
n ng và
khâu u.
ng ca c c
Hình 3.37 Kết cấu bánh với các khâu liên kết kiểu hình bình hành

3.5.4 Thân robot
350.0
115.0
105.0
65.0
80.0
50.0 25.0
35.0
25.0
300.0
250.0
Vit M4
Hình 3.38 Bản vẽ kích thước phần thân robot ShrimpIII
Vi phn thân robot, ây là phn trc tip chu tác dng ca ti trng ca phn
ti robot mang theo, ng th ng ph n, ngu
i là ni ch 
a    
n i u khi   
n c pn ng
l n h
ng và g  thng quan sát (camera).
V       
i i u ki n làm vi c trên. Ph n thân c n c   
ng v ng cao, v t li u có 
bn và tránh tác dng hoá hc, có kh nng cách     
i n m b o an toàn cho h
th t
ng linh ki 
n c a mch  
i u khin khi robot ho ng. Do  
ó l a chn thit k

vt liu chính ca phn thân là vt liu phi kim loi, c th là hn hp compozit
tm. ây là loi vt liu có sn, tng i r ti t d
 
n, r  gia công.  
i u quan trng
nht là nó có th tho     
mãn t t c các yêu c u làm vi c c a robot ShrimpIII.
Hình 3.39 Phần thân Robot ShrimpIII đã gắn acquy và camera quan sát

Hình 3.40 Toàn cảnh robot ShrimpIII

KẾT LUẬN
Sau mt th i s
i gian nghiên cu, tìm hiu, hc hi, cùng v  hng d 
n t n
tình ca TS. Nguyễn Trọng Doanh tôi ã hoàn thành lu 
n v n và trong lun vn có
        
u i m h n so v i các phiên b n mà các khoá trc ã th c hi n.
Ngoài nhng tính nng và c  
i m v 
m u robot tng t mà các sinh viên
khoá trc ã làm c. Trong lu  
n v n ã có nhng s phát trin và i m i c
  
v
l hi i
ng ln v cht th n rõ ràng  các  m sau:
1. Kt cu c khí ca robot ShrimpIII: so vi các phiên bn trc là
hoàn toàn vt tr i v
  
 c ng vng, tính  
n nh, th 
hi n nhi 
u c i
tin mang tính công ngh trong quá trình ch 
t o, các kích thc và
quá trình gia công c tính toán c th.
2. V c h
  c: ã nêu ra c nhiu trng hp trong quá trình di
chuy 
n t hành ca robot ShrimpIII, các trng hp nguy him và
gii pháp khc phc. Thit l  
p c m t s phng trình trong truyn
   
ng và tính toán ng h c và ng l c h c.
3. c bi   
t trong lu n v n ã dùng phng pháp 3D-Odometry  tính
toán chính xác s   
d ch chuy n tr ng tâm robot thay cho phng pháp
2D cha nhi 
u l i.
Vi nhng kt qu ã t c, và v    
i nh ng tính n ng c áo và vt tr i
trong di chuy 
n t hành v y nh
t a hình ca robot t hành ShirmpIII, cho th ng
  
ng d ng th c tin và li ích trc tip mà robot ShrimpIII n 
u tài này ti 
p t c
c nghiên cu và hoàn thin.
Nguyễn Văn Dương

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. GS-TSKH Nguyễn Văn Khang-Cơ s c h
ở ơ ọc kỹ thuật(2005); NXBĐHQG.
2. Nguyễn Thiện Phúc-Rôbot công nghiệp(2002); NXBKHKT.
3. Nguyễn Thiện Phúc-Rôbot thế giới công nghệ cao của bạn(2004);
NXBKHKT.
4. Trịnh Quang Vinh-Robot công nghiệp(2008); NXBKHKT.
5. Pierre Lamon-3D position tracking for all-terain robots(2005); EPFL.
6. Pearson education, Inc(2008); Dive Into Visual C++2008 Express Edition.
7. Roland SIEGWART-Autonomous Mobile Robot (2005); PLL
8. Johd Holland-Designing Mobile Autonomous Robots(2006); PLL.
9. Website: http://www.bluebotics.com/solutions/Shrimp/
10. Website: http://demura.net/ode
11. Website: http://find.botmag.com/home
12. Website: http://roboticmagazine.com/

Tính toán, phân tích, mô phỏng động học và động lực học robot ShrimpII.pdf

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Tính toán, phân tích, mô phỏng động học và động lực học robot ShrimpII.pdf

Similar to Tính toán, phân tích, mô phỏng động học và động lực học robot ShrimpII.pdf (20)

More from Man_Ebook

More from Man_Ebook (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Tính toán, phân tích, mô phỏng động học và động lực học robot ShrimpII.pdf