Đang tải... (xem toàn văn)
Các robot hoạt động trong các môi trường trong nhà biết trước như cácrobot làm sạch sàn nhà của Lawitzky [3], robot hướng dẫn viên bảo tàng [4], robotchăm sóc người bệnh Evans [5], robot
NG ỄN UY TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN THỊ TH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ U TH ỦY * THI ẾT KẾ HỆ TH ỐN G MẠ CH ĐIỀ DƯƠNG VĨ U KH IỂN VÀ CẢ THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ M N BIẾ CẢM BIẾN ĐỊNH VỊ ROBOT DI ĐỘNG ĐỊN H Vị RO BO T ĐỘ DI KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP NG NGÀNH HỆ THỐNG NHÚNG * NĂ M 202 3 Đà Nẵng, 12/202 TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN ĐỊNH VỊ ROBOT DI ĐỘNG CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG NHÚNG GVHD: Th.S PHẠM QUYỀN ANH SVTH : DƯƠNG VĨ MSSV : 25211816251 LỚP : K25EHT Đà Nẵng, 12/2023 2 Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Trước hết em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo trong khoa Điện – Điện tử trường Đại học Duy Tân đã và trang bị kiến thức cơ bản và cần thiết để cho em thực hiện đề tài này của mình Đặc biệt em xin bày tỏ long kính trọng và biết ơn sâu sắc tới giảng viên hướng dẫn Th.S Phạm Quyền Anh và STEM&LABs đã tân tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp này Mặc dù đã cố gắng hết sức cùng sự tận tâm của giảng viên hướng dẫn xong do trình độ còn hạn chế, nội dung đồ án còn quá mới mẻ nên khó tránh khỏi những sai sót trong quá trình thực hiện Mong sự góp ý của quý thầy cô và các bạn để đồ án hoàn thiện hơn 3 Đồ án tốt nghiệp LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan: 1 Những nội dung trong bài báo cáo này là do em thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp từ giảng viên hướng dẫn ThS Phạm Quyền Anh 2 Mọi tham khảo trong đồ án này đều thực hiện trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố 3 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Thu Thủy 4 Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH Hình 2.1:Ứng dụng Robot di động trong vận chuyển hàng hóa .13 Hình 2.2: Một số dạng phổ biến máy bay không người lái 14 Hình 2.3: Robot tự hành dưới nước .15 Hình 2.4: Robot ngầm ROV 15 Hình 2.5: Robot vận chuyển tự hành AGV có bánh xe giảm xóc 16 Hình 2.6: Bộ điều khiển di động XL-MICO với bánh xe Mecanum 16 Hình 2.7: Robot phẫu thuật trong y tế 17 Hình 2.8: Robot công nghiệp 18 Hình 2.9: Chiến binh iRobot 710 18 Hình 2.10: Robot tự động thu hoạch rau 19 Hình 2.11: Hệ điều hành ROS .20 YY Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn thuật toán DFS 23 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn thuật toán A* 24 Hình 3.3: Kết quả tìm kiếm của đồ thị biểu diễn thuật toán A* .25 Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn thuật toán BFS .25 Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn thuật toán Dijkstra 27 Hình 3.6: Mô phỏng lần 1 28 Hình 3.7: Mô phỏng lần 2 29 Hình 3.8: Mô phỏng lần 3 30 Hình 3.9: Mô phỏng lần 4 31 Hình 3.10: Mô phỏng lần 5 32 Hình 3 11 Đường đi của bánh xe qua một chỗ rẽ 33 Hình 3.12: Bánh xe ở các vận tốc khác nhau Y Hình 4.1: Sơ đồ khối của robot 39 Hình 4.2 Máy tính cá nhân 40 Hình 4.3: Động cơ giảm tốc Motor 41 Hình 4.4: Mạch động cơ điều khiển DC 2 kênh 41 Hình 4.5: Encoder 42 Hình 4.6: Atmega 2560 43 Hình 4.7: Atmega328P 43 Hình 4.9 IMU BN055 44 Hình 4 10 Robot Eddie 45 Hình 4 11 Lưu đồ thuật toán chương trình di chuyển robot đến mục tiêu 46 Hình 4.12 Lưu đồ thuật toán chương trình di chuyển robot đi thẳng .47 Hình 4.13 Lưu đồ thuật toán chương trình xoay robot tới góc 48 Hình 4.14 Chương trình phần cứng điều khiển động cơ và xử lý cảm biến 49 Hình 4.15 Lưu đồ thuật toán Odometry 50 5 Đồ án tốt nghiệp Hình 5.1: Bản đồ thực tế và mô phỏng 53 Hình 5.2: Ma trận quy đổi từ bản đồ 54 Hình 5.3 Mô phỏng thuật toán DFS .55 Hình 5.4 Mô phỏng thuật toán DFS kết hợp với thuật toán A* .55 Hình 5.5 Kết quả chạy thực tế 1 56 Hình 5.6 Kết quả chạy thực tế 2 56 Hình 5.7 Kết quả chạy thực tế 3 57 6 Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC BẢ Bảng 3.1 Quá trình tìm đường đi của thuật toán DFS 24 Bảng 3.2: Quá trình tìm đường đi của thuật toán A* .25 Bảng 3.3: Quá trình tìm đường đi của thuật toán BFS 26 Bảng 3.4 Quá trình tìm đường đi của thuật toán Dijkstra 28 Bảng 3.5: Kết quả mô phỏng lần 1 29 Bảng 3.6: Kết quả mô phỏng lần 2 30 Bảng 3.7: Kết quả mô phỏng lần 3 31 Bảng 3.8: Kết quả mô phỏng lần 4 32 Bảng 3.9: Kết quả mô phỏng lần 5 33 Y Hình 5.1: Bản đồ thực tế và mô phỏng 54 Hình 5.2: Ma trận quy đổi từ bản đồ 55 Hình 5.3 Mô phỏng thuật toán DFS .56 Hình 5.4 Mô phỏng hai thuật toán DFS và A* 56 Hình 5.5 Kết quả chạy thực tế 1 57 Hình 5.6 Kết quả chạy thực tế 2 57 Hình 5.7 Kết quả chạy thực tế 3 58 7 Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT WMRS: Wheel Mobile Robot System LMRS: Legged Mobile Robot System UAV: Unmanned Aerial Vehicle AUV: Autonomous Underwater ROUV: Remotely Operated Underwater Vehicle ROS: robot Operating System DFS: thuật toán Depth First Search BFS: thuật toán Breadth First Search A*: thuật toán Astar MỤC LỤ 8 Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN 3 LỜI CAM ĐOAN 4 DANH MỤC HÌNH ẢNH .5 DANH MỤC BẢNG 7 DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT .8 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU .12 1.1 Lý do chọn đề tài .12 1.2 Mục đích nghiên cứu 12 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 12 1.4 Phương pháp nghiên cứu 13 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn .13 1.6 Cấu trúc đề tài 13 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ROBOT DI ĐỘNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÀNH DÀNH CHO ROBOT (ROS) 14 2.1 Robot di động 14 2.1.1 Giới thiệu về robot di động 14 2.1.2 Phân loại Robot di động 15 2.1.2.1 Robot di động trên không .15 2.1.2.2 Robot di động dưới nước .15 2.1.2.3 Robot di động sử dụng bánh xe 16 2.1.3 Ứng dụng của robot di động và tiềm năng phát triển trong tương lai 18 2.1.3.1 Y học .18 2.1.3.2 Công nghiệp 18 2.1.3.3 Ứng dụng quân sự 19 2.1.3.4 Nông nghiệp 19 2.2 Hệ điều hành robot ROS 20 2.2.1 ROS (Robot Operating System) là gì? 20 2.2.2 Ứng dụng của hệ điều hành ROS 21 CHƯƠNG 3: CÁC THUẬT TOÁN TÌM ĐƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT DI ĐỘNG .22 3.1 Thuật toán tìm kiếm theo chiều sâu (DFS) .22 9 Đồ án tốt nghiệp 3.1.1 Khái niệm 22 3.1.2 Ý tưởng thuật toán 22 3.1.3 Mô tả thuật toán 22 3.2 Thuật toán A* .23 3.2.1 Khái niệm 23 3.2.2 Ý tưởng thuật toán .23 3.2.3 Mô tả thuật toán 24 3.3 Thuật toán ưu tiên chiều rộng (BFS) 25 3.3.1 Khái niệm 25 3.3.2 Ý tưởng thuật toán .25 3.3.3 Mô phỏng đồ thị 25 3.4 Thuật toán Dijkstra 26 3.4.1 Khái niệm 26 3.4.2 Ý tưởng thuật toán .26 3.4.3 Mô tả thuật toán 27 3.5 So sánh hiệu suất và độ chính xác của các thuật toán trong việc tìm đường đi cho robot 27 3.6 Odometry 33 3.6.1 Làm tròn góc 33 3.6.2 Đạo hàm 34 3.6.3 Tính toán và đo góc chết 36 3.6.4 Công thức tính góc chết .36 3.6.5 Sự tăng tốc 37 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH CHO ROBOT 38 4.1 Hệ thống điều khiển của robot 38 4.1.1 High level control 38 4.1.2 Các Low level control 39 4.1.2.1 Động cơ giảm tốc Motor 39 4.1.2.2 Mạch điều khiển động cơ DC 2 kênh (H – Brigde Motor Controller) 39 4.1.2.3 Động cơ Encoder 40 4.1.2.4 Khối điều khiển Main Controller Atmega 2560 40 4.1.2.5 Vi điều khiển Atmega328P 41 10