FTC31113 Robolads - Hệ Thống Truyền Động (Drivetrain) trong Robotics FTC

GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

Drivetrain là một phần cơ bản để giúp robot di chuyển, và đóng vai trò quyết định đến chức năng và bố cục tổng thể của robot. Có nhiều loại hệ thống truyền động khác nhau trong FTC và chúng được chia thành hai loại chính: Tank và Holonomic. Hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểu trước về Tank Drive

Tại sao Drivetrain quan trọng?

Hệ thống truyền động ảnh hưởng trực tiếp đến:

Khả năng di chuyển và cơ động của robot
Hiệu suất thi đấu và chiến thuật
Thiết kế tổng thể và bố trí các cụm cơ khí
Khả năng vượt chướng ngại vật
Độ phức tạp của lập trình điều khiển

TANK DRIVETRAIN

Hệ thống Tank Drivetrain với bánh xe bám đường

Tank Drivetrain chủ yếu sử dụng bánh xe bám (traction wheels) và không thể di chuyển ngang. Để thay đổi hướng, hệ thống này dựa vào việc xoay các bánh xe bên trái và bên phải theo hướng ngược nhau để làm robot quay tại chỗ hoặc chạy một bên nhanh hơn bên còn lại để làm robot di chuyển theo đường vòng cung.

Đặc điểm chính của Tank Drivetrain:

Ưu tiên lực kéo và gia tốc hơn là khả năng linh hoạt thuần túy
Giúp robot có thể vượt chướng ngại vật tốt hơn
Điều khiển đơn giản, dễ lập trình
Chi phí thấp, dễ chế tạo và bảo trì
Cấu trúc cơ khí đơn giản và chắc chắn

Tank Drivetrain 6 bánh - ổn định cao

Tank Drivetrain 4 bánh - cơ động hơn

CÁC LOẠI BÁNH XE THÔNG DỤNG

Bánh xe Omni - con lăn 90°

Bánh xe Mecanum - con lăn 45°

Bánh xe bám đường (Traction wheel)

Loại bánh xe	ĐẶC ĐIỂM	ƯU ĐIỂM	NHƯỢC ĐIỂM	ỨNG DỤNG
Bánh xe Omni	Con lăn cao su xoay vuông góc (90°) với mặt phẳng bánh xe Cho phép trượt ngang tự do X-drive sử dụng 4 bánh xe này	Ưu tiên tính di động và khả năng trượt ngang Di chuyển đa hướng linh hoạt Giá thành thấp hơn Mecanum	Lực kéo yếu, dễ bị trượt Khó vượt chướng ngại vật Hiệu suất giảm trên bề mặt không bằng phẳng	X-Drive Robot cần cơ động cao Ứng dụng trong nhà
Bánh xe Mecanum	Con lăn được đặt ở góc 45° so với trục bánh xe Về kỹ thuật là một loại bánh xe đa hướng 4 bánh bố trí theo hình chữ nhật	Di chuyển mọi hướng mà không cần xoay Lực kéo tốt hơn Omni Điều khiển linh hoạt	Giá thành cao Cần lập trình phức tạp Dễ bị kẹt rác vào con lăn	Mecanum Drive Robot FTC cao cấp Ứng dụng công nghiệp
Bánh xe bám đường (Traction)	Vòng ngoài bằng cao su, bề mặt tiếp xúc rộng Thiết kế để bám đường tối đa Không có khả năng di chuyển ngang	Lực kéo cực mạnh Ổn định cao, ít bị trượt Giá thành thấp, bền bỉ Dễ dàng thay thế và bảo trì	Chỉ di chuyển tới/lùi, quay tại chỗ Không thể di chuyển ngang Cần không gian để xoay hướng	Tank Drivetrain Robot cần lực đẩy mạnh Địa hình không bằng phẳng

CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG

Lựa chọn cơ cấu truyền động

Có bốn lựa chọn chính: truyền động trực tiếp, xích, bánh răng và dây curoa.

LƯU Ý QUAN TRỌNG:

Nên tránh truyền động trực tiếp, vì hộp số của động cơ rất dễ gãy dưới tải trọng va đập (ví dụ: khi bánh xe đập vào tường hoặc bị robot khác đâm).

Cơ cấu truyền động	ĐẶC ĐIỂM	ƯU ĐIỂM	NHƯỢC ĐIỂM	ỨNG DỤNG
Xích (Chain Drive)	Sử dụng xích và đĩa xích Tỷ số truyền ổn định Có thể truyền động qua khoảng cách xa	Độ bền cao, chịu tải tốt Hiệu suất truyền động cao (95-98%) Dễ dàng thay thế và bảo trì	Cần bôi trơn định kỳ Có thể gây tiếng ồn Cần căn chỉnh chính xác	Tank Drivetrain Robot hạng nặng Ứng dụng cần độ bền cao
Bánh răng (Gear Drive)	Sử dụng hệ thống bánh răng Tỷ số truyền chính xác Không trượt, hiệu suất cao	Độ chính xác cao Hiệu suất rất cao (98-99%) Vận hành êm ái Không cần căn chỉnh nhiều	Chi phí cao hơn Khó thay thế khi hỏng Nhạy cảm với bụi bẩn	Holonomic Drivetrain Robot cần độ chính xác cao Ứng dụng công nghiệp
Dây curoa (Belt Drive)	Sử dụng dây đai và pulley Vận hành êm, không cần bôi trơn Có thể trượt khi quá tải (bảo vệ motor)	Vận hành rất êm Không cần bôi trơn Bảo vệ motor khi quá tải Dễ dàng lắp đặt	Có thể bị trượt Độ bền thấp hơn xích Nhạy cảm với nhiệt độ và hóa chất	Robot nhẹ Ứng dụng cần vận hành êm Prototype và thử nghiệm

HƯỚNG DẪN LỰA CHỌN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

Khi lựa chọn và thiết kế một hệ truyền động, bạn nên đánh giá theo sa bàn và yêu cầu cuộc thi để xét đến một số yếu tố sau:

1 Sự linh hoạt:

Có nhiều yếu tố quyết định sự linh hoạt như tốc độ tối đa, gia tốc, bán kính quay, tốc độ quay hay khả năng di chuyển ngang.

2 Khả năng đẩy:

Robot nên có đủ lực để di chuyển giữa sa bàn một cách linh hoạt cũng như là để vượt chướng ngại vật trong một số trường hợp cần thiết.

3 Ngân sách:

Tank drivetrain với bánh xe thường có chi phí thấp hơn nhiều so với Holonomic với bánh xe Mecanum/Omni.

4 Kinh nghiệm đội:

Đội mới nên bắt đầu với Tank drivetrain đơn giản, đội có kinh nghiệm có thể thử thách với Holonomic.

5 Cơ cấu truyền động:

Chọn giữa xích, bánh răng, hoặc dây curoa dựa trên yêu cầu về độ bền, hiệu suất, và chi phí.

6 Thử nghiệm và tối ưu:

Luôn prototype và test nhiều lần để tìm ra giải pháp tối ưu cho mùa giải cụ thể.

KINH NGHIỆM THỰC TẾ TỪ CÁC ĐỘI FTC:

Tank Drivetrain chiếm ưu thế: Khoảng 70-80% đội FTC sử dụng Tank drivetrain do độ tin cậy cao và chi phí thấp.

Mecanum phổ biến trong top team: Các đội hàng đầu thường sử dụng Mecanum drivetrain để tối ưu chiến thuật.

Tỷ số truyền tối ưu: Tỷ số 10:1 đến 20:1 là phổ biến nhất cho FTC, cân bằng giữa tốc độ và lực kéo.

Luôn có dự phòng: Chuẩn bị sẵn xích/bánh răng dự phòng và công cụ sửa chữa tại pit.

HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG (DRIVETRAIN) TRONG ROBOTICS FTC