Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu, chế tạo và phát triển robot 6 chân tự động di chuyển trong bản đồ trực tiếp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VÀ PHÁT TRIỂN ROBOT CHÂN TỰ ĐỘNG DI CHUYỂN TRONG BẢN ĐỒ TRỰC TIẾP GVHD: SVTH: MSSV: SVTH: MSSV: SVTH: MSSV: TS NGUYỄN VĂN THÁI NGUYỂN HUỲNH ANH TRUNG 15146112 LÊ QUỐC CHỈ 15146013 VŨ TRỌNG NHÂN 15146081 TP Hồ Chí Minh, 10 tháng năm 2019 MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU ix DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ x CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Khả ứng dụng 1.3 Tình hình nghiên cứu nước 1.4 Lý chọn đề tài 1.5 Mục tiêu phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung 2.2 Bài toán động học nghịch robot 2.3 Điều khiển thân robot 2.4 Điều khiển cách di chuyển Robot 10 2.5 Tính ổn định Hexapod .12 2.6 Giao tiếp Bluetooth với PS2 13 2.7 LIDAR [11] .17 CHƯƠNG NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 30 3.1 Mô Matlab 30 3.2 Thiết kế khí 31 vi 3.3 Thi công 45 3.4 Lưu đồ giải thuật điều khiển cho di chuyển Hexabod 48 3.5 Viết app điều khiển bằng Bluetooth kết nối đến HC06 54 3.6 Kết hợp chức quét map LIDAR 61 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 67 4.1 Kết mặt hoạt động phần cứng .67 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 73 5.1 KẾT LUẬN 73 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 vii CHƯƠNG TỔNG QUAN Robot Hexapod phương tiện học sáu chân có tính linh hoạt cao việc di chuyển lấy cảm hứng từ phân ngành động vật sáu chân Cùng với phát triển mạnh mẽ hệ thống Cơ-Điện tử, robot vượt địa hình ngày hoàn thiện cho thấy lợi ích quân sự, nghiên cứu, chúng thường dùng để vận chuyển hàng hóa địa hình khơng bằng phẳng, can thiệp khu vực, địa hình nguy hiểm, tìm kiếm cứu nạn, khám phá lập đồ mơi trường chưa biết Nhóm nghiên cứu đề tài chủ yếu ứng dụng vào mục đích dân sự, hỗ trợ tìm kiếm cứu nạn, thâm dị địa hình mà người khó tiếp cận, hỗ trợ việc nghiên cứu, học tập Trong đề tài tập trung nghiên cứu vào robot sáu chân (Hexapod) 1.1 Đặt vấn đề Trong “Chiến lược phát triển khoa học công nghệ Việt Nam”, điện tử hướng công nghệ trọng điểm phục vụ phát triển kinh tế, xã hội Và nhắc đến điện tử, robot sản phẩm đặc trưng ngành Chúng máy hoạt động đồng dựa phận điều khiển cách phức tạp thơng qua thuật tốn đem mã hố vào vi điều khiển Có nhiều kiểu robot chúng em chia chúng thành nhóm robot theo cách thức di chuyển: • • • • • Bằng cánh quạt robot máy bay- Flycam Robot bằng bánh xe Robot có cánh trùng hay chim Robot không chân- di chuyển bằng cách trườn giun, rắn Robot bằng chân động vật Tuy có thật nhiều loại Robot, để ứng dụng vào học tập robot di chuyển bốn hay sáu chân cịn nhiều thiếu sót, bốn chân, gần ta có robot Vorbal, chân hai khớp, với mã nguồn mở, nhiên chưa đủ phức tạp để thử thách kiến thức động học đơn giản 1.2 Khả ứng dụng Vì địi hỏi cao tri thức thiết kế chế tạo, robot công cụ cực tốt để phục vụ việc học tập, nghiên cứu, tạo môi trường rộng rãi để áp dụng kiến thức có, góp phần đưa hệ thống giáo dục bắt kịp với tiến độ phát triển công nghệ, đặc biệt kỷ nguyên 4.0 ngày Ngoài ra, tính ứng dụng Hexapod trở nên độc đáo linh hoạt hình thức di chuyển, di chuyển địa hình đa kết cấu Hexapod phương tiện lớn thám khơng gian 1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Hình 1-1 Robot Atlas https://www.bostondynamics.com/atl as [ xem 10/07/2019] Hình 1-2 Tripod Robot Evan Ackerman, “Martian-Inspired Tripod Walking Robot Generates Its Own Gaits”, https://spectrum.ieee.org [xem 10/07/2019] Hình 1-3 Quadruple Robot https://www.bostondynamics.com/atl as [ xem 10/07/2019] Hình 1-4 Hexpod Robot https://www.trossenrobotics.com/phanto mx-ax-hexapod-mk1.aspx Các robot di chuyển bằng chân nghiên cứu từ lâu, lấy ý tưởng từ thực tế dáng người, kiểu di chuyển động vật bốn chân, đến kiểu di chuyển động vật sáu, tám chân tất có thành cơng định Robot Hexapod phương tiện học sáu chân Vì ổn định tĩnh ba nhiều chân, robot Hexapod có tính linh hoạt cao việc di chuyển Nếu chân bị vơ hiệu hóa, robot Hơn nữa, khơng phải tất chân robot cần thiết cho ổn định, chân khác tự tiếp cận vị trí chân điều khiển tải trọng Nhiều Hexapod robot lấy cảm hứng từ phân ngành động vật sáu chân Hiện giới có nhiều nhóm nghiên cứu phát triển Ở Việt Nam, robot di chuyển bằng chân đề tài nhiều nhóm sinh viên thực hiện, đề tài thích hợp phục vụ học tập Ở Việt Nam, Robot phục vụ học tập có mặt trường học: Hình 1-5 Robot Lego Hình 1-6 Robot Alpha 1E https://ubtrobot.com/pages/alpha [xem 10/07/2019] Robot Lego lớp học Mindstorm nâng cao Câu lạc Robotics (tạm dịch Ngành học robot) - IoT trường ĐH Khoa học tự nhiên TP.HCM, hay Robot Alpha 1E chương trình Trại hè Công nghệ 2019 Học viện Sáng tạo Cơng nghệ TEKY Robot cịn có mặt Lab trường đại học Robot Nao trường ĐH Khoa Học Tự Nhiên Hình 1-7 Robot Nao Khi gõ từ khóa “Hexapod Việt Nam” “robot chân Việt Nam” trang tìm kiếm Google, có kết liên quan đến đề tài này, đề tài Hexapod Việt Nam, chủ yếu bạn sinh viên nghiên cứu cho việc làm dự án nhỏ, đồ án môn học, đồ án tôt nghiệp hay ngày hội khoa học sáng tạo như: Robot dị tìm bom mìn nhóm sinh viên Trường Đại học (ĐH) Bách khoa Đà Nẵng, gồm: Ngô Diên Bảo Triết, Lê Tự Duy Hồng Trần Văn Chính Có vài kết robot thương mại đơn giản phục vụ cho học tập mơ hình đơn giản, hai DOF ba DOF lắp ghép bằng mica Cũng có cá nhân nghiên cứu, tìm hiểu hexapod đăng lên diễn đàn đưa clip hoạt động lên Youtube 1.4 Lý chọn đề tài Mảng robot di chuyển bằng chân niềm đam mê chung thành viên nhóm Là dự án phù hợp với ngành điện tử, sinh viên áp dụng tốt kiến thức chuyên ngành học trường, đồng thời cũng dự án tương tự thực Việt Nam có tài liệu liên quan khiến dự án vừa niềm đam mê, vừa thách thức mà chúng em muốn vượt qua Hiện nay, nhu cầu học tập tìm hiểu cơng nghệ nước ta cao, nhiều lớp học robot mở để đáp ứng nhu cầu phục vụ cho nhu cầu robot cơng cụ khơng thể thiếu Nhóm chúng em nghiên cứu chế tạo robot chân phục vụ cho nhu cầu học tập em, giúp em có hứng thú có nhiều lựa chọn cho trình học tập, nghiên cứu robot 1.5 Mục tiêu phương pháp nghiên cứu Với dự án chúng em nghiên cứu, mô Mathlab tạo robot Hexapod hồn chỉnh có khả di chuyển, mơ cách di chuyển lồi trùng chân khớp Sử dụng phương trình động học, truyền động để, thiết kế khung chọn động phù hợp, ứng dụng công nghệ in 3D với vật liệu nhựa PLA việc chế tạo robot Lập trình theo giải thuật điều khiển tìm Điều khiển robot từ xa bằng module điều khiển Robot qt khơng gian xung quanh, xác định vị trí khơng gian vẽ nên đồ gửi lên Web, người dùng giao tiếp trực tiếp đồ gửi về, trực tiếp chọn hình để robot tự động tới vị trí chuyển, dựa vào tín hiệu digital từ cơng tắc hành trình chân để xác định điểm đặt chân, hỗ trợ việc di chuyển địa hình đa kết cấu Phương pháp nghiên cứu tìm kiếm tài liệu trang mạng Internet, nghiên cứu thiết kế nhóm, cá nhân phát triển ngồi nước từ thiết kế robot cử động linh hoạt Tập trung phân tích, tính tốn, chọn lựa thực nghiệm module linh kiện dễ tìm thấy Nghiên cứu phát triển thuật tốn code Nhóm thực đề tài 10 tháng gồm bốn giai đoạn chính: Giai đoạn 1: • Tìm kiếm tài liệu Giai đoạn 2: • Nghiên cứu, lựa chọn kiểm nghiệm module, linh kiện phù hợp, xây dựng code điều khiển, lắp ráp mơ hình đơn giản Mơ Mathlab • Thiết kế phần khung xương cho robot đảm bảo chức di chuyển • Dựa thuật toán điều khiển, động học, code mẫu, điều khiển khớp, chân kết hợp chân Giai đoạn 3: • Đánh giá khả hoạt động, độ bền, thiết kế cũ, thiết kế lại khung robot bằng vật liệu nhựa • Tính tốn, thiết kế khung bằng nhựa PLA, mua gia công chi tiết, lắp ráp thành robot hồn chỉnh • Hiệu chỉnh code Giai đoạn 4: • Thiết kế lại toàn phần khung, vỏ robot, đảm bảo linh hoạt cho robot, giảm khối lượng, đảm bảo tính thẩm mĩ • Tính tốn, chọn lại module, nguồn phù hợp • Hiệu chỉnh code, cải thiện khả di chuyển linh hoạt giống với tự nhiên • Thiết kế app điều khiển • Tích hợp module LIDAR, camera CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung Để Hexapod được, số thuật toán cần phải làm việc để tạo thành điều khiển hoàn chỉnh Kết cuối khoảng thời gian vị trí set-point cho servo Mơ hình bước cần phải chọn, quỹ đạo tính tốn ràng buộc vị trí chân cập nhật liên tục Tùy thuộc vào vận tốc, kiểu dáng khác chọn điều khiển Để thực thi kiểu dáng có giai đoạn đứng giai đoạn xoay chân Trong giai đoạn đứng chân tiếp xúc mặt đất thời điểm Trong giai đoạn xoay chân quỹ đạo hai vị trí đứng phải tính tốn điều khiển Do kích thước phần cứng chiều dài chân, vị trí servo chiều rộng thể, số ràng buộc định hạn chế vị trí chân Các vị trí chân ảnh hưởng đến vị trí chân cịn lại khơng gian Do giống robot Hexapod côn trùng chân khớp, nhiều cảm hứng lấy từ sinh trắc học chúng Hình 2-1 Chân loài chân khớp thực tế 2.2 Bài toán động học nghịch robot Động học nghịch sử dụng phương trình động học để xác định tham số góc khớp để có vị trí mong muốn cho phận robot [4] Tức từ toạ độ P xác định khơng gian, với P vị trí cuối mũi chân Hexapod, từ tính góc Coxa Femur Tibia để điểu khiển Servo, điều khiểu hệ thống Các thông số cần tính diễn tả cấu trúc bên dưới, bao gồm: ba khâu, ba khớp Hình 2-2 Hình biểu diễn khâu khớp không gian tọa độ XYZ Các biến 𝛾, 𝛼, 𝛽 Coxa, Femur Tibia, góc Servo, mục tiêu chúng em hướng đến xác định giá trị góc xoay Offset (tức góc mà servo cần phải xoay thêm để đạt góc xoay mong muốn) code • Góc Coxa Hình 2-3 Hình biểu diễn góc Coxa nhìn dọc theo phương Y từ xuống Hình 3-43 App VS3 hoàn thiện 3.6 Kết hợp chức quét map LIDAR 3.6.1 Giới thiệu công cụ thực hiện: ROS SLAM Đây môi trường linh hoạt cho việc viết phần mềm robot Nó tập hợp công cụ, thư viện tiêu chuẩn chung để giúp người dùng dễ dàng vận hành chức năng, thực hành vi phức tạp nhiều loại tảng robot khác SLAM hệ thống sử dụng thông tin ảnh thu từ camera để tái tạo mơi trường bên ngồi, bằng cách đưa thông tin môi trường vào map (2D 3D) Từ đó, thiết bị (robot, camera, xe) định vị (localization) đâu, trạng thái, tư map để tự động thiết lập đường (path planning) môi trường Ở đề tài này, chúng em không dùng camera mà thay vào dùng thiết bị ngoại vi LIDAR, bắn tia lazer để quét tạo map 2D Điều khiển tự động thiết bị robot chia làm vấn đề chính: định vị (localization), tái tạo mơi trường (mapping) hoạch định đường (path planning) Trong SLAM giúp việc định vị tái tạo môi trường xảy lúc 3.6.2 Những cân chỉnh phù hợp với kích thước Ant-Pod • Footprint: tọa độ góc quanh tâm LIDAR, tạo thành khoản trống biểu thị kích thước Ant-Pod 61 Hình 3-44 Footprint • Max_vel_x, min_vel_x: tốc độ max tốc độ Ant-Pod Hình 3-45 Max_vel_x, min_vel_x • Yaw_goal_tolerance: phương sai xoay Hình 3-46 Yaw_goal_tolerance • Arg: chứa chuỗi kích thước tương đối LIDAR đồ: o 0 0,2: vị trí x y z theo đơn vị met, để LIDAR cao 0,2 met so với đất 62 o 3,14 0: độ xoay yaw pitch roll: đặt LIDAR thiết kế ngược chiều trước sau Hình 3-47 Arg 3.6.3 Nguyên lý giao tiếp arduino Raspberry Pi 3: RPLIDAR A1 sau chạy tất thuật toán để phát vật cản xây dựng lên đồ Raspberry Pi tạo biến liên tục thay đổi , Góc (đơn vị độ) Hướng Sau Raspberry Pi giao tiếp gửi liệu biến đến Arduino mega 2560 Sau Arduino mega định đến mục tiêu di chuyển robot theo hướng • • • • • • • • • Hướng : thẳng Hướng : lùi Hướng : Xoay trái chỗ Hướng : Xoay Phải chỗ Hướng : thẳng kết hợp xoay trái Hướng : thẳng kết hợp xoay phải Hướng : lùi kết hợp xoay trái Hướng 8: lùi kết hợp xoay phải Hướng 9: Đứng yên Khi robot di chuyển đến vị trí so với vị trí cũ Góc robot bị thay đổi, ta nhận biến Góc • Raspberry Pi giao tiếp với arduino mega qua dây tín hiệu • Giao thức truyền từ Raspberry Pi đến mega song song (parallel) Các chân vật lý kết nối với thông qua sau: 63 Raspberry Pi Chân 29 Chân 31 Chân 33 Chân 37 Chân 36 Chân 32 Chân GND Arduino Mega Chân 35 Chân 37 Chân 39 Chân 41 Chân 43 Chân 45 Chân GND Tên biến PosAngle NegAngle PosLinear NegLinear ComWrite ComRead Các tín hiệu từ raspberry pi3 tín hiệu đầu vào input cho mega Ta có qui định cho hướng sau : • Bước 1: Chân 45 kích lên mức cao 5v cho phép đọc thơng tin từ Raspberry Pi3 • Bước 2: Chân 43 mega mở đầu nhận gói data bằng cách kích mức thấp 0v digitalWrite(ComWrite,0); • Bước 3: Hướng góc lựa chọn theo data bằng cách kích mức cao chân mega Ví Dụ : • Hướng 1: Đi thẳng digitalRead(PosAngle,1); digitalRead(NegAngle,1); digitalRead(PosLinear,1); digitalRead(NegLinear,0); RobotMoveForward(); // robot thẳng • Hướng 2: Đi lùi digitalRead(PosAngle,1); digitalRead(NegAngle,1); digitalRead(PosLinear,0); 64 digitalRead(NegLinear,1); RobotMoveBackward(); // robot lùi … Các hướng cịn lại thay đổi theo cách kích mức cao thấp chân digital theo mã nhị phân • Bước 4: Xác nhận Robot kết thúc di chuyển theo hướng chọn Ta kết thúc lần nhận data bằng cách kích mức cao chân 43 mega digitalWrite(ComWrite,1); 3.6.4 Các bước để khởi chạy Rviz Ubuntu : ifconfig /////////////////// dùng làm share screen, NoVNC Tab x11vnc -forever -display :0 Tab cd ~/Desktop/noVNC-1.1.0/ && /utils/launch.sh //sua host page tu ubuntu thành IP ////////////////// Tab ssh ros@IP //kết nối ip password: 12345678 cd catkin_ws/ đến không gian làm việc source devel/setup.bash roslaunch robot_slam rplidar.launch chạy setup bên devel khởi chạy chương trình robot slam 65 Tab ssh ros@IP // kết nối ip password: 12345678 sudo -s //cấp quyền chạy chương trình password: 12345678 cd catkin_ws/ // đến khơng gian làm việc source devel/setup.bash //chạy setup bên devel rosrun robot_slam driver // lên thông tin gửi trả raspberry arduino Tab cd ~/catkin_ws/ // không gian làm việc source devel/setup.bash //chạy setup bên devel cd src/robot_slam/scripts // chạy đến script /client.sh //chạy đến client Click 2D Nav Goal Fullscreen (F11) 66 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 4.1 Kết mặt hoạt động phần cứng Chúng em thực cho HexaPod chạy thử thực tế tiến hành đo đạc, thử nghiệm diễn môi trường bằng phẳng, nhiệt độ phịng, chướng ngại khơng q thấp để LIDAR phát tường, thùng Carton 4.1.1 Thời gian hoạt động 4.1.1.1 Raspberry Pi Raspberry Pi Zero Raspberry đóng vai trị quan trọng phải truyền tải thơng tin vị trí Hexapod đồ, giúp ta nhận biết môi trường xung quanh nên thời gian hoạt động thực tế của Raspberry quan trọng • Tiêu chí đánh giá: o So sánh thời gian hoạt động liên tục thực tế hai Raspi với thời gian tính tốn o Sạc xả lần thời gian 25 phút Chúng em tiến hành đo dòng sử dụng Raspberry Pi bằng USB Tester V3 cắm trực tiếp vào cổng USB, đầu nối LIDAR Từ kết đo được, chúng em chọn nguồn cấp cho Pi 5200mAh, thời gian Raspberry hoạt động dựa lý thuyết tính bằng cơng thức sau: 6000 (4-1) 𝑇= ≈ 10(ℎ) 0,61 1000 Hình 4-1 Dùng USB Tester V3 để đo dòng Raspberry Pi 67 Trong thực tế, xả hết lượng pin nhằm đảm bảo mặt tuổi thọ pin, viên pin sạc đầy có áp 8.15V ngưỡng hoạt động từ 7.6-8.15V nên thời gian tính tốn đạt 25 phút phải sạc lại, giá trị điện áp bị giảm theo số lần sạc- khoảng 300 lần (8.15V giá trị giảm qua nhiều lần sử dụng), pin chưa qua sử dụng, ngưỡng 8.4 ứng với cell 4.1.1.2 Các Servo Do LIDAR mạch điều khiển 25 servo cấp nguồn với hai nguồn pin khác nhau, nên thời gian hoạt động servo so với Raspberry có khác nhau, chúng em cho Hexapod bật nguồn liên tục, chia trường hợp hoạt động như: không cho di chuyển, di chuyển liên tục di chuyển với tải càng, bấm thời gian từ bật nguồn mạch báo pin báo yếu pin • Tiêu chí đánh giá: o Sạc, xả lần o Đo thời gian mà robot hoạt động ổn định từ lúc xạc đầy pin • Chúng em thu thời gian hoạt động sau: o Khi không hoạt động: sau khoản 45 phút có dấu hiệu robot bị đổ, servo chân điện o Khi di chuyển liên tục: sau 18 phút chân di chuyển khơng cịn ổn định, bước khơng cịn ban đầu, vài góc khớp bị lệch so với chân cịn lại o Khi có tải: tải viên tạ nặng 200g kẹp Hexapod, di chuyển 14 phút Sau thân có xu hướng đổ trước 4.1.1.3 Tốc độ di chuyển ổn định robot di chuyển • Tốc độ tối thiểu Để đo tốc độ tối thiểu Hexapod, chúng em cho robot giảm tốc hết mức từ điều khiển tăng dần Hexapod di chuyển với dáng ổn định, cho khoản cách 60cm, thu kết Hexapod di chuyển phút 10s, tốc độc tối thiểu Hexapod tính: 𝑣𝑚𝑖𝑛 = 60 = 0.85 (𝑐𝑚⁄𝑠) (1 60 + 10) (4-2) 68 • Tốc độ tối đa mà robot hoạt động ổn định Tương tự tốc độ tối thiểu, với tốc độ tối đa, chúng em đẩy tốc độ lên cao từ điều khiển (trong lập trình, giá trị vận tốc cao 12 cm/s thẳng), giảm dần bước di chuyển ổn định Robot vòng giây, tốc độ cao tính: 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 60 = 7.5 (𝑐𝑚⁄𝑠) (4-3) Tuy nhiên, khuyến cáo không sử dụng robot cao tốc độ tối đa cho phép Hexabod dậm chân mạnh, điều ảnh hưởng lớn tới kết cấu khí • Tốc độ hiệu (𝒗𝒓𝒒 : required speed) Đây tốc độ cao Hexapod thực chức quét map, vượt qua mức tốc độ này, hình ảnh map thu giật, việc khơng ảnh hưởng đến q trình qt map, di chuyển tự động, việc khiến Hexapod dừng đoạn đường thay hướng định Không cách đo trên, lần chúng em cho robot tự động trước, giảm tốc dần việc di chuyển không bị dừng lại đột ngột, chúng em giữ tốc độ bắt đầu tính vận tốc cách trên, kết thu robot 60cm 26 giây, vận tốc hiệu tính bằng phép tính: 𝑣𝑟𝑞 = 60 = 2,3 (𝑐𝑚⁄𝑠) 26 (4-4) 4.1.1.4 Tầm quét LIDAR 4.1.1.4.1 Tầm quét hiệu Theo tông tin nhà sản xuất, LIDAR có đề khoản cách tối đa quét 12m, chúng em tiến hành thử nghiệm xem khoản cách map mà LIDAR quét, người dùng nhận biết rằng có người- tầm quét hiệu Để giải yêu cầu này, chúng em tiến hành đặt Hexapod hành lang dài, đặt cho LIDAR quét map theo dõi qua hình, cho thành viên lùi dần điểm nhận biết không cịn ổn định • Tiêu chí đánh giá o Khởi động lại LIDAR lần o Mơi trường khơng có vật suốt 69 • Sau đo tầm quét hiệu xác định: 340cm Hình 4-2 Đo tầm quét hiệu 4.1.1.4.2 Tầm quét tối thiểu LIDAR có khoản cách đủ gần để gửi thông tin lên map, liệu bỏ qua vật cản này, tức nằm khoản map không hiển thị Cách xác định tương tự trên, tiến gần đưa vật cản phía phận quét LIDAR (tầng chứa Lazer) map khơng hiển thị vật ngừng • Tiêu chí đánh giá o Sử dụng vật khơng suốt sách, bìa cartong làm vật chắn o Khởi động lại LIDAR lần • Số liệu tầm quét tối thiểu đo cho kết là: 15cm 70 4.1.1.5 Tải trọng Robot không thiết kế để tải vật thân, nên chúng em kiểm nghiệm khả nâng vật Để xác định tải trọng, chúng em cho Hexapod kẹp vật giữ giây, sau tăng dần tải trọng lên, kết thu được, robot kẹp vật nặng 500g, vượt tải trọng này, đầu robot khơng cịn giữ vị trí Hình 4-3 Tải trọng tối đa mà Hexapod giữ 4.1.1.6 Độ hiệu chức • Hoạt động Servo Hexapod di chuyển ổn định điều kiện nêu Robot tiến, lùi, xoay trái, phải, tự xoay quanh hệ trục tọa độ, tịnh tiến thân khơng gian Nhưng cịn ồn di chuyển, tiếng ồn từ servo quay chân chạm đất, thực cho chân tới tọa độ, chân thẳng đến mà không giảm tốc đến gần • Điều khiển bằng PS2 Việc điều khiển không bị gián đoạn, robot hoạt động trơn tru Nhưng chưa xử lý hồn tồn vấn đề Deadzone tín hiệu analog, nên Hexapod dễ bị lệch phương đứng vơ tình chạm phải hai Joystick Chức nhiều, đòi hỏi người sử dụng phải bỏ nhiều thời gian để làm quen với việc điều khiển • Điều khiển bằng phần mềm Android qua Bluetooth 71 Do phần mềm tạo app đơn giản, chức câu lệnh hạn chế khiến thành phần giao diện phần mềm đặt đè chồng lên được, làm cho hình kết nối mạng bé, khó nhìn Về điều khiển, phần mềm gửi khơng nhanh bằng PS2, Joystick kéo cịn giật địi hỏi phải qua q trình xử lý, gây thời gian, làm robot bị delay so với PS2 • LIDAR quét map Chức hoạt động ổn định, trả thông tin mơi trường xung quanh cách nhanh chóng, giúp người dùng nhận biết vị trí Hexabod mơi trường thơng qua hình máy tính • Đi tự động Chức Hexapod thực chưa ổn định Hạn chế lớn trường hợp Hexapod chọn lại điểm khác, ta bắt buộc phải nhấn lại nút 2D phần mềm chọn tiếp 72 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu, nhóm chúng rút được: • Nghiên cứu lí thuyết tính tốn tốn cho robot sáu chân Đây sở quan trọng cho việc điều khiển chuyển động cho robot • Rút khó khăn mà người lấy cảm hứng từ thiên nhiên để xây dựng robot có khả hoạt động lồi trùng • Nghiên cứu loại dáng robot đưa mơ hình hình học cho loại dáng Dựa vào động học thuận thân động học nghịch chân, tính tốn vị trí đặt chân cho robot để có bước mượt tránh bước nhảy • Thiết kế thành cơng phần khí robot sáu chân có phần đầu bụng lồi kiến • Robot hoạt động tác lệnh từ tay game Play Station, Phần Mềm điều khiển qua điện thoại android, tự động di chuyển đồ từ LIDAR, gắp vật thể có trọng lượng nhỏ 500g, trực tiếp xem mơi trường bên ngồi thơng qua camera • Robot chưa có thiết kế tối ưu 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI • Tạo mơi trường lập trình thân thiện với học sinh, sinh viên Người dùng tùy chỉnh dễ dàng động tác, dáng đi, module tích hợp tùy thuộc vào nhu cầu đề • Tạo giao diện mơ ứng với hoạt động chân giúp người nghiên cứu dễ dàng nắm bắt thuật tốn • Hướng tới thiết kế khuôn nhằm giảm khối lượng ban đầu, tăng tải trọng • Việc điều khiển bằng app cịn gần sử dụng đường truyền Bluetooth, phát triển lên điều khiển bằng wifi sóng LORA, giúp ta điều khiển Hexapod nhiều nơi • Tích hợp Ai, chuyển đổi ngôn ngữ C thành ngôn ngữ python để robot thơng minh Có khả giao tiếp trò chuyện với người, dạy trẻ em học chữ Phát người lạ nhà phát âm cảnh báo • Nghiên cứu loại động brushless giúp robot có tính bật nhảy cao Lựa chọn nguồn lượng cao, giúp robot hoạt động lâu Trong hoạt động tìm kiếm cứu nạn động đất, phần đầu bụng robot sử dụng động khỏe 73 hơn, giúp robot gắp vật nặng đá đất, robot luồn lách không gian hẹp hơn, phần bụng mang nước, lương thực cho nạn nhân bị kẹt 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dan Thilderkvist and Sebastian Svensson (2015), “Motion Control of Hexapod Robot Using Model-Based Design”, Printed in Sweden by Media-Tryck, pp 17-19, pp 42 [2] Fredrik Persson and Mattias Lindström (2010), “The Memec Hexapod Robot a demonstration platform”, pp [3] NOAA (2013),“LIDAR—Light Detection and Ranging—is a remote sensing method used to examine the surface of the Earth” [4] Paul, Richard (1981), “Robot manipulators: mathematics, programming, and control : the computer control of robot manipulators” MIT Press, Cambridge, MA ISBN 978-0-262-16082-7 [5] Sunil93 (2013), “Interfacing PS2 controller with AVR -Bit Bang”, pp [6] Nguyễn Văn Hân (2017), “Giao thức truyền liệu nối tiếp”, trang [7] Trần Quốc Hùng (2012), “Giáo trình Dung sai - Kỹ thuật đo”, ”, nhà xuất ĐHQG TPHCM [8] Tăng Quang Khải Nguyễn Tuấn Anh (2014), “Tìm hiểu giao diện SPI”, Hà Nội, trang 8-9 [9] PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh (2014), “Giáo trình kỹ thuật robot”, nhà xuất ĐHQG TPHCM [10] Canberk Suat Gurel, “A project log for Hexapod Modelling, Path Planning and Control”, https://hackaday.io/project/ 29/06/2017 [Internet] [10/07/2019] [11] http://www.slamtec.com/en/lidar/a1 [Internet] [ xem 10/07/2019] [12] https://store.arduino.cc/usa/mega-2560-r3 [Internet] [xem 10/07/2019] 75