Xây dựng hương trình điều khiển robot hút bụi irobot trên môi trường ros

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Xây dựng chƣơng trình điều khiển robot hút bụi iRobot môi trƣờng ROS TRẦN MINH HẢI tranminhhai26@gmail.com Ngành Hệ thống thông tin Giảng viên hƣớng dẫn: TS Ngô Lam Trung Chữ ký GVHD Viện: Công nghệ Thông tin Truyền thông HÀ NỘI, 10/2020 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061132202921000000 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Trần Minh Hải Đề tài luận văn: Xây dựng chƣơng trình điều khiển robot hút bụi iRobot môi trƣờng ROS Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số HV: CB180153 Tác giả, Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 31/10/2020 với nội dung sau: STT 3 Yêu cầu hội đồng Phần tổng quan cần trình bày chi tiết sau vào nội dung liên quan Nội dung chỉnh sửa, bổ sung Phần tổng quan trƣớc bắt đầu mục 1.1 đƣợc viết thêm giới thiệu toán lý chọn đề tài, tính cấp thiết đề tài (P.1) Cuối chƣơng đƣợc thêm phần Trong chƣơng cần kết luận tổng kết tóm tắt tồn nội phải có phần tóm tắt dung, kết đạt đƣợc kết luận chƣơng chƣơng đồng thời dẫn giải đến chƣơng Thay đại từ nhân xƣng “em”, “chúng Chỉnh sửa đại từ nhân ta” thành “tác giả”, “tơi” tồn xƣng, bổ sung phần luận văn hƣớng phát triển tiếp Trong mục kết luận bổ sung thêm theo phần hƣớng phát triển (P.53) Phần tài liệu tham khảo Phần tài liệu tham khảo đƣợc chỉnh cần trình bày quy sửa theo định dạng IEEE định Chỉnh sửa lại cỡ chữ hình ảnh theo định dạng Bổ sung khảo sát đối Các chữ đƣợc chèn bên ảnh đƣợc chỉnh sửa theo định dạng Một số ảnh đƣợc thay cho phù hợp Các ảnh chỉnh sửa, thay bao gồm: hình 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.9, 4.6, 5.1, 5.2 Bổ sung mục 1.1.3 giới thiệu với robot hút bụi thƣơng mại có thị trƣờng mẫu robot có thị trƣờng (P.2) Mục 2.1 bổ sung so sánh công cụ quét đồ iRobot vs mẫu robot thƣơng mại (P.15) Ngày 27 tháng 11 năm 2020 Giáo viên hƣớng dẫn Tác giả luận văn TS Ngô Lam Trung Trần Minh Hải CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Lê Thanh Hƣơng ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Mã đề tài: 2018BKHDL-KH05 Theo QĐ số 138 Hiệu trƣởng Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội ký ngày 13 tháng 03 năm 2019 Họ tên học viên: Trần Minh Hải SHHV: CB180153 Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Lớp: Khoa học liệu Ngƣời hƣớng dẫn: TS Ngô Lam Trung Đơn vị: mơn Kỹ thuật máy tính, viện Cơng nghệ thông tin truyền thông, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Tên đề tài: Xây dựng chƣơng trình điều khiển robot hút bụi iRobot môi trƣờng ROS Giáo viên hƣớng dẫn Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Trƣớc hết, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Ngô Lam Trung, ngƣời tận tình dạy dỗ hƣớng dẫn trình hồn thành luận văn nhƣ học tập Đồng thời, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy cô giáo giảng viên Viện Công nghệ thông tin Truyền thông – trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, ngƣời giảng dạy, truyền đạt kiến thức bản, làm tảng cho việc thực luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới anh chị, bạn, em nhóm sinh viên nghiên cứu, ngƣời giúp đỡ, động viên tác giả q trình hồn thành luận văn Tóm tắt nội dung luận văn Luận văn tập trung vào việc xây dựng hệ thống robot (iRobot) có nhiệm vụ quét đồ, hút bụi phòng giúp đỡ ngƣời sống Ứng dụng iRobot đƣợc xây dựng robot kobuki, cảm biến laser Hokuyo UTM-30LX hệ điều hành robot ROS (Robot Operating System) Với môi trƣờng giả lập, tác giả sử dụng phần mềm gazebo Về phƣơng pháp thực Đầu tiên cần qt đồ mơi trƣờng, sau áp dụng thuật toán bao phủ đồ quét Tác giả sử dụng hƣớng tiếp cận dựa lƣới, đồ đƣợc chia làm nhiều ô nhỏ, ô lƣới biểu diễn cho ô vuông thực tế kích thƣớc nxn, mang giá trị thể có vật cản hay khơng Một controller triển khai thuật tốn bao phủ kết hợp với công cụ khác để điều khiển robot hết ô trống Kết thực nhiệm hệ thống iRobot đƣợc trình bày chi tiết luận văn HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC CHƢƠNG 1.1 1.2 TỔNG QUAN Đặt vấn đề .1 1.1.1 Robot dịch vụ gì? 1.1.2 Các ứng dụng robot dịch vụ 1.1.3 Một số robot hút bụi thƣơng mại có thị trƣờng Giới thiệu số khái niệm 1.2.1 Giới thiệu ROS 1.2.2 Giới thiệu kobuki 12 1.2.3 Giới thiệu hokuyo 13 1.3 Nội dung đề tài 15 1.4 Các kết đạt đƣợc .15 CHƢƠNG 2.1 2.2 2.3 Quét đồ 16 2.1.1 Quét đồ môi trƣờng giả lập .16 2.1.2 Quét đồ môi trƣờng thực tế 17 2.1.3 Tìm hiểu file ảnh pgm file yaml (kết trình quét đồ) 19 Xây dựng đồ lƣới 21 2.2.1 Khái niệm cell đồ lƣới 21 2.2.2 Chuyển đổi đồ quét đƣợc sang đồ lƣới 21 Kết luận 22 CHƢƠNG 3.1 QUÉT BẢN ĐỒ VÀ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ LƢỚI 16 ĐIỀU HƢỚNG VÀ ĐỊNH VỊ ROBOT 23 Điều hƣớng robot 23 3.1.1 Twist .24 3.1.2 Odometry 25 3.1.3 Các hàm di chuyển 26 3.2 Định vị robot sử dụng AMCL 28 3.3 Kết luận 31 CHƢƠNG THUẬT TOÁN BAO PHỦ 32 4.1 Thuật toán D* 32 4.2 Thuật toán Path Transform (PT) 35 4.3 Thuật toán CCD* 36 4.3.1 Lý thuyết thuật toán CCD* 36 4.3.2 Phân tích thuật tốn CCD* .41 4.4 Áp dụng thuật toán CCD* vào toán iRobot 45 4.5 Kết luận 45 CHƢƠNG 5.1 5.2 5.3 CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN IROBOT 47 Chƣơng trình điều khiển robot hút bụi iRobot 47 5.1.1 Mơ hình chung 47 5.1.2 Hàm xử lý phát vật cản 48 Các trƣờng hợp ngoại lệ 50 5.2.1 Robot di chuyển khơng xác 50 5.2.2 AMCL trả liệu chậm 51 5.2.3 Laser có sai số 52 Kết luận 52