Đang tải... (xem toàn văn)
Untitled BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI Tp Hồ Chí Minh 08/2020 NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN[.]
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH ROBOT THU THẬP ẢNH VÀ VẼ BẢN ĐỒ MÔI TRƢỜNG TRONG NHÀ DÙNG CAMERA 3D GVHD: ThS Ngô Bá Việt SVTH1: Đào Nguyễn Du MSSV1: 13141035 SVTH2: Nguyễn Đức Lâm MSSV2: 14141159 Tp Hồ Chí Minh - 08/2020 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH ROBOT THU THẬP ẢNH VÀ VẼ BẢN ĐỒ MÔI TRƢỜNG TRONG NHÀ DÙNG CAMERA 3D GVHD: ThS Ngô Bá Việt SVTH1: Đào Nguyễn Du MSSV1: 13141035 SVTH2: Nguyễn Đức Lâm MSSV2: 14141159 Tp Hồ Chí Minh - 08/2020 LỜI CAM ĐOAN Đề tài nhóm tự thực dựa vào số tài liệu có sẵn dƣới hƣớng dẫn Th.S Ngơ Bá Việt không chép từ tài liệu hay công trình có trƣớc Nếu phát gian dối nhóm hồn tồn chịu trách nhiệm Ngƣời thực đề tài Đào Nguyễn Du – Nguyễn Đức Lâm iv LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy Ngô Bá Việt, Thầy tận tình hƣớng dẫn chúng tơi để hồn thành tốt đề tài Chúng tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy Cô Khoa Điện – Điện tử tạo điều kiện tốt cho chúng tơi hồn thành đề tài Những kiến thức bổ ích mà Thầy Cơ truyền đạt, đƣợc áp dụng vào đề tài Đồ Án Tốt Nghiệp nhiều, từ kiến thức nhỏ nhặt học lớn Một lần xin đƣợc gửi lời cảm ơn đến tất Thầy Cơ, khơng có Thầy Cơ chúng tơi khó hồn thành đƣợc đề tài Tiếp theo xin cảm ơn tới Anh, Chị khóa bạn sinh viên tạo điều kiện giúp đỡ, từ tài liệu liên quan tới đề tài kinh nghiệm sống thực tế Nhờ họ mà phát triển đƣợc đề tài Cuối lời cảm ơn đến Cha, Mẹ khơng có hai đấng sinh thành ngày hơm khơng có diện đâu để thực việc muốn, học tạo điều kiện để giúp hƣớng tới tƣơng lai tốt đẹp Một lần xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả! Ngƣời thực đề tài Đào Nguyễn Du – Nguyễn Đức Lâm v MỤC LỤC LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỜI CAM ĐOAN iv LỜI CẢM ƠN v MỤC LỤC vii LIỆT KÊ HÌNH VẼ ixx LIỆT KÊ BẢNG xii BẢNG LIỆT KÊ TỪ VIẾT TẮT xiii TÓM TẮT xiii Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 CÁC PHƢƠNG PHÁP XÂY DỰNG BẢN ĐỒ 2.1.1 SLAM 2.1.2 3D Structured Light 2.1.3 Xây dựng đồ phƣơng pháp quét Laser 2.1.4 Xây dựng đồ cách chụp ảnh từ nhiều vị trí khác nhau………….7 2.2 HỆ ĐIỀU HÀNH ROS 2.3 ẢNH 3D VÀ PHƢƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH 11 2.3.1 Ảnh 3D 11 2.3.2 Phƣơng pháp hiệu chỉnh 13 CHƢƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 15 3.1 GIỚI THIỆU 15 3.2 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 15 3.3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG 16 3.3.1 Khối xử lý hiển thị 16 vi 3.3.2 Khối thu tín hiệu hình ảnh 16 3.3.3 Khối điều khiển 17 3.3.4 Khối giao tiếp không dây 19 3.3.5 Khối động lực 19 3.3.6 Khối nguồn 21 3.3.7 Sơ đồ nguyên lý 22 3.4 PHƢƠNG PHÁP XÂY DỰNG BẢN ĐỒ 3D MÔI TRƢỜNG TỪ CAMERA KINECT 23 3.4.1 Khối thu thập liệu tiền xử lý 24 3.4.2 Nhận dạng cặp điểm tƣơng đồng ảnh 2D 25 3.4.3 Ghép đám mây 3D 28 3.4.4 Xây dựng đồ 3D 38 Chƣơng THI CÔNG HỆ THỐNG 30 4.1 GIỚI THIỆU 30 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 30 4.2.1 Các linh kiện, thiết bị cần thiết cho mơ hình 30 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 30 4.3 ĐĨNG GĨI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 31 4.3.1 Đóng gói điều khiển 31 4.3.2 Kết nối phận điều khiển với nguồn motor 32 4.3.3 Kết nối cảm biến với laptop 33 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 33 4.4.1 Lƣu đồ giải thuật hệ thống thu thập ảnh vẽ đồ 33 4.4.2 Lập trình Arduino với Arduino IDE 37 4.4.3 Ứng dụng Arduino Bluetooth Robot Car 37 4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 38 4.5.1 Hƣớng dẫn sử dụng Arduino Bluetooth Robot Car 38 4.5.2 Hƣớng dẫn tạo đồ 3D 38 Chƣơng KẾT LUẬN – NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 40 5.1 KẾT QUẢ THI CƠNG MƠ HÌNH 40 5.1.1 Mơ hình robot thu thập ảnh 40 5.1.2 Đánh giá kết thu đƣợc 40 vii 5.2 KẾT QUẢ THU THẬP ẢNH 3D MÔI TRƢỜNG 41 5.3 KẾT QUẢ VẼ BẢN ĐỒ 3D MÔI TRƢỜNG 44 Chƣơng 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 47 6.1 KẾT LUẬN 47 6.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO .489 PHỤ LỤC 50 viii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1 Bản đồ vẽ phƣơng pháp SLAM Hình 2.2 Bản đồ vẽ phƣơng pháp Structured Light Hình 2.3 Bản đồ vẽ phƣơng pháp quét laser Hình 2.4 Bản đồ vẽ phƣơng pháp quang trắc Hình 2.5 ROS điều khiển Robot Hình 2.6 Cách thức hoạt động ROS Hình 2.7 ROS Computation Graph 10 Hình 2.8 Ảnh 3D môi trƣờng 11 Hình 2.9 Các phép xoay 3D 12 Hình 2.10 Mơ hình thơng số camera 14 Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống 15 Hình 3.2 Thiết bị dùng để xử lý hiển thị 16 Hình 3.3 Cảm biến Kinect 16 Hình 3.4 Sơ đồ cấu tạo cảm biến Kinect 17 Hình 3.5 Arduino Nano 17 Hình 3.6 Sơ đồ chân Arduino Nano 18 Hình 3.7 Module bluetooth HC-05 19 Hình 3.8 Ảnh sơ đồ chân module HC-05 19 Hình 3.9 Mạch điều khiển động DC HW39 20 Hình 3.10 Sơ đồ chân mạch điều khiển động DC HW39 20 Hình 3.11 Động robot 21 Hình 3.12 Sơ đồ ngun lý mơ hình robot thu thập ảnh 23 Hình 3.13 Sơ đồ khối mơ tả q trình vẽ đồ robot 24 Hình 3.14 Ảnh RGB ảnh chiều sâu chụp từ camera Kinect 24 Hình 3.15 Mơ tả 26 vị trí đƣợc so sánh với X để tìm giá trị cực đại cực tiểu 26 Hình 3.16 Cách mơ tả điểm đặc trƣng dùng SIFT 27 Hình 3.17 Các điểm đặc trƣng tƣơng đồng hai ảnh RGB 28 Hình 4.1 Ảnh bên điều khiển 31 Hình 4.2 Ảnh bên điều khiển 32 Hình 4.3 Ảnh bên robot 32 ix Hình 4.4 Ảnh dƣới robot 32 Hình 4.5 Kết nối cảm biến Kinect với laptop 33 Hình 4.6 Lƣu đồ giải thuật thu thập ảnh vẽ đồ 35 Hình 4.7 Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình điều khển robot 36 Hình 4.8 Giao diện Arduino IDE 37 Hình 4.9 Giao diện Arduino IDE 37 Hình 4.10 Giao diện ứng dụng Android 38 Hình 4.11 Giao diện ứng dụng Android 38 Hình 4.12 Cửa sổ RTB-Map* (ROS) 39 Hình 4.13 Lƣu đồ 3D 39 Hình 4.14 Phần mềm MeshLab 39 Hình 5.1: Mơ hình robot thu thập ảnh vẽ đồ 3D 40 Hình 5.2: Loop Closure Detection 42 Hình 5.3: Các điểm đặc trƣng 42 Hình 5.4: 3D Map 43 Hình 5.5: 3D Loop Closure 43 Hình 5.6: GraphView 44 Hình 5.7: Bản đồ 2D với chuyển động robot để lập đồ 3D 44 Hình 5.8: Bản đồ 3D phịng góc nhìn thứ 45 Hình 5.9: Bản đồ 3D phịng góc nhìn thứ hai 45 Hình 5.10: Bản đồ 3D phịng góc nhìn thứ ba 46 x LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 3.1: Bảng thống kê thực nghiệm tầm nhìn camera Kinect … 17 Bảng 3.2: Liệt kê công suất tải dùng điệp áp 5V 22 Bảng 4.1: Danh sách linh kiện,thiết bị 30 Bảng 5.1: Bảng so sánh kích thƣớt số vật thể 41 xi