Thuật ngữ “Robot” xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1921 trong tác phẩm “Rossum’s Universal Robot” của Karel Capek. Trong tác phẩm nhân vật Rossum và con trai đã tạo ra chiếc máy giống con người để phục vụ cho con người. Ngành công nghiệp robot có những bước phát triển đáng kể trong hơn nửa thế kỷ qua nhờ những quan điểm như thay thế con người làm các công việc nặng nhọc trong môi trường nguy hiểm, độc hại, có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ và hoạt động với độ chính xác cao. Bên cạnh đó, nhờ khả năng tích hợp với các thiết bị ngoại vi làm tăng khả năng thích ứng với sự thay đổi môi trường làm việc. Việc ứng dụng các giải pháp điều khiển thông minh giúp robot có khả năng tự học và tự giải quyết vấn đề, tạo tiền đề cho phạm vi ứng dụng robot không chỉ giới hạn trong các dây chuyền gia công, chế tạo, mà ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống như: robot trong công nghiệp, nông nghiệp, đóng tàu, xây dựng, y học, an ninh quốc gia và trong lĩnh vực dân dụng.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG LUẬT ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO MOBILE ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực : TS BÙI THANH LÂM : LÊ HỮU DUY 2019607160 Hà Nội - 2023 BỘ CƠNG THƯƠNG CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌCCÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Họ tên sinh viên: Lê Hữu Duy Mã SV: 2019607160 Lớp: Cơ điện tử Khóa: 14 Tên đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng luật điều khiển thông minh cho mobile robot tự hành tránh vật cản Mục tiêu đề tài: - Nghiên cứu động học, động lực học robot tự hành tránh vật cản - Nghiên cứu, xây dựng phương pháp điều khiển thơng minh cho robot tự hành - Mơ hình hóa, mơ phỏng, đánh giá hoạt động hệ thống Kết dự kiến: - Bản thuyết minh đề tài Nghiên cứu, ứng dụng luật điều khiển thông minh cho mobile robot tự hành tránh vật cản - Bản vẽ chế tạo khí và, vẽ hệ thống điều khiển - Hệ luật điều khiển thông minh cho robot tự hành tránh vật cản - Mơ hình robot tự hành tránh vật cản phần mềm Thời gian thực hiện: từ 06/03/2022 đến 07/05/2022 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TRƯỞNG KHOA TS Bùi Thanh Lâm PGS.TS Hoàng Tiến Dũng I NỘI DUNG THỰC HIỆN Bố cục thuyết minh đề tài: Nội dung nghiên cứu Chương 1: Tổng quan mobile robot tự hành tránh vật cản SV thực 1.1 Lịch sử nghiên cứu Lê Hữu Duy 1.2 Các vấn đề đặt Lê Hữu Duy 1.3 Đối tượng nghiên cứu Lê Hữu Duy 1.4 Phương pháp thực Lê Hữu Duy 1.5 Dự kiến kết đạt Lê Hữu Duy Chương 2: Cơ sở lý thuyết robot tự hành tránh vật 2.1 Bài toán động học, động lực học robot 2.2 Các phương pháp tránh vật cản cho mobile robot Lê Hữu Duy 2.3 Hệ thống cảm biến đo lường xử lý tín hiệu Lê Hữu Duy 2.4 Sơ đồ hệ thống robot Lê Hữu Duy 2.5 Kết luận chương Lê Hữu Duy Lê Hữu Duy Chương 3: Tính tốn, thiết kế robot 3.1 Tính tốn, thiết kế hệ thống khí robot Lê Hữu Duy 3.2 Tính tốn, thiết kế hệ thống điện điều khiển Lê Hữu Duy truyền thông 3.3 Xây dựng luật điều khiển thông minh cho hệ thống 3.4 Kết luận chương Lê Hữu Duy Lê Hữu Duy Chương 4: Mô kiểm nghiệm hệ thống 4.1 Mô hệ thống phần mềm Lê Hữu Duy 4.2 Đánh giá hoạt động hệ thống Lê Hữu Duy 4.3 Kết luận chương Lê Hữu Duy Lê Hữu Duy Kết luận chung hướng phát triển Bản vẽ: T T Bản vẽ hệ thống khí Bản vẽ hệ thống điều khiển Khổ giấy A3 Tên vẽ A3 II Số SV thực lượng Lê Hữu Duy Lê Hữu Duy Lưu đồ thuật tốn điều khiển A3 Mơ hình/ sản phẩm III Lê Hữu Duy MỤC LỤC MỤC LỤC IV DANH MỤC HÌNH ẢNH VI LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MOBIE ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN 1.1 Lịch sử nghiên cứu 1.1.1 Giới thiệu chung robot 1.1.2 Khái niệm mobile robot 1.2 Cấu vấn đề đặt 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu: .5 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Phương pháp thực 1.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết .6 1.4.2 Phương pháp nghiên cứu mô CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT .7 2.1 Bài toán động học robot 2.2 Các phương pháp tránh vật cản cho robot 10 2.2.1 Kỹ thuật diều khiển học tăng cường 10 2.2.2 Kỹ thuật điều khiển mạng nơron 11 2.2.3 Kỹ thuật điều khiển mờ 11 2.3 Hệ thống cảm biến đo lường xử lý tín hiệu 12 2.4 Sơ đồ hệ thống robot 14 2.5 Kết luận chương .15 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH ROBOT 16 3.1 Tính tốn, thiết kế hệ thống khí 16 IV 3.1.1 Cấu tạo tổng quan mobile robot 16 3.1.2 Thiết kế khung, vỏ cho robot 16 3.1.3 Lựa chọn bánh xe cho robot .17 3.1.4 Tính chọn động cho robot 18 3.2 Thiết kế hệ thống điều khiển truyền thông .20 3.2.1 Mô tả hệ thống điều khiển 20 3.2.2 Lựa chọn thiết bị điều khiển .21 3.3 Xây dựng luật điều khiển thông minh cho hệ thống sử dụng mạng nơron 24 3.3.1 Tổng quan đặc trưng mạng nơron .24 3.3.2 Cấu trúc nơron 25 3.3.3 Phân loại theo cấu trúc mạng nơron 26 3.3.4 Ứng dụng mạng nơron điều khiển 29 3.3.5 Một số cấu trúc mạng nơron huấn luyện mạng 30 3.4 Kết luận chương .33 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG 34 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .39 Kết đạt 39 Đề xuất hướng phát triển 39 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 DANH MỤC HÌNH ẢN V Hình Robot phịng nghiệm ABB Hình Charmin's Robot .4 Hình Amazon Scout Hình Robot tìm kiếm nạn nhân sau động đất Hình Biểu diễn mobile robot khơng gian hai chiều Hình Sơ đồ khối hệ thống robot .15 Hình Bánh xe chủ động cho robot 17 Hình Sơ đồ phân tích lực cho robot .18 Hình Động DC giảm tốc GA25 20 Hình 10 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển robot 21 Hình 11 Adruino Uno .22 Hình 12 Mạch điều khiển động L298 22 Hình 13 Module NRF24L01 .23 Hình 14 Cảm biến siêu âm 24 Hình 15 Module truyền liệu 25 Hình 16 Module nhận liệu 25 Hình 17 Cấu trúc mạng nơron đơn giản .27 Hình 18 Nơron khâu MISO 28 Hình 19 Mạng nơron lớp 28 Hình 20 Mạng nơron nhiều lớp 29 Hình 21 Mạng nơron hồi quy 30 Hình 22 Học có giám sát 30 Hình 23 Học khơng có giám sát 31 Hình 24 Mạng nơron lớp lan truyền ngược 32 VI Hình 25 Mơ Matlab phương trình động học robot 36 Hình 26 Điều khiển DC sử dụng mạng nơron 39 VII LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại công nghiệp ngày nay, robot ngày sử dụng phổ biến sản xuất sống ngày Robot có vị trí quan trọng khó thay được, giúp người cơng việc nguy hiểm khó khăn Ngồi cịn sử dụng lĩnh vực thám hiểm không gian, quân sự, giải trí… Lĩnh vực robot ngày chiếm quan tâm nhà nghiên cứu xã hội Trong cơng nghiệp, mobile robot đóng vai trị quan trọng ứng dụng rộng rãi nhiều nghành nghề, đem lại hiệu to lớn sản xuất, quốc phịng, y tế, vũ trụ Vì vậy, việc nghiên cứu phát triển robot di động mục tiêu hàng đầu Với đồ án nghiên cứu, ứng dụng luật điều khiển thông minh cho mobile robot tự hành tránh vật cản có tính tổng hợp cao, địi hỏi phải có kiến thức khả tư duy, tìm tịi, phân tích, bám sát vào u cầu kỹ thuật Trong trình thực đề tài này, thời gian có hạn chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong quan tâm đóng góp ý kiến thầy giáo để em thực bổ sung vào vốn kiến thức Để hồn thành tốt đề tài em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Bùi Thanh Lâm bảo hướng dẫn tận tình, đến em hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu, ứng dụng luật điều khiển thông minh cho mobile robot tự hành tránh vật cản” Do khả tầm nhận thức hạn chế, kinh nghiệm thực tế chưa nhiều, với khối lượng công việc địi hỏi có tổng hợp cao nên thiết kế chúng em khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong thầy tiếp tục bảo giúp đỡ để em hoàn thiện đề tài vận dụng vào công việc thực tế Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MOBIE ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN 1.1 Lịch sử nghiên cứu 1.1.1 Giới thiệu chung robot Thuật ngữ “Robot” xuất lần vào năm 1921 tác phẩm “Rossum’s Universal Robot” Karel Capek Trong tác phẩm nhân vật Rossum trai tạo máy giống người để phục vụ cho người Ngành công nghiệp robot có bước phát triển đáng kể nửa kỷ qua nhờ quan điểm thay người làm công việc nặng nhọc mơi trường nguy hiểm, độc hại, thực nhiều nhiệm vụ hoạt động với độ xác cao Bên cạnh đó, nhờ khả tích hợp với thiết bị ngoại vi làm tăng khả thích ứng với thay đổi mơi trường làm việc Việc ứng dụng giải pháp điều khiển thông minh giúp robot có khả tự học tự giải vấn đề, tạo tiền đề cho phạm vi ứng dụng robot không giới hạn dây chuyền gia công, chế tạo, mà ngày ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực đời sống như: robot cơng nghiệp, nơng nghiệp, đóng tàu, xây dựng, y học, an ninh quốc gia lĩnh vực dân dụng Mặc dù có nhiều khái niệm robot, robot loại máy móc tự động với chuyển động mô chuyển động người hay loài động vật, ứng dụng vào lĩnh vực khác đời sống, công nghiệp Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company) quảng cáo loại máy tự động vạn gọi “Người máy công nghiệp” (Industrial Robot) Ngày người ta đặt tên người máy công nghiệp (hay robot công nghiệp) cho loại thiết bị có hình dáng vài chức tay người điều khiển tự động để thực số thao tác sản xuất Về mặt kỹ thuật, robot cơng nghiệp ngày nay, có nguồn gốc từ hai lĩnh vực kỹ thuật đời sớm cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) máy công cụ điều khiển số (NC - Numerically Controlled machine tool) Các cấu điều khiển từ xa (hay thiết bị kiểu chủ - tớ) phát triển mạnh chiến tranh giới lần thứ hai nhằm nghiên cứu vật liệu phóng xạ Người thao tác tách biệt khỏi khu vực phóng xạ tường có vài cửa quan sát để nhìn thấy cơng việc bên Các cấu điều khiển từ