Đồ Án Robot Di Dộng Bám Theo Vật (Kèm Theo Program+C+So do nguyen ly)

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ  ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI: ROBOT DI DỘNG BÁM THEO VẬT GVHD : THS.PHẠM THÀNH DANH SVTH : PHẠM ĐÔNG NHẬT DUY (06044601) NGUYỄN ĐẠI DƯƠNG (06046371) LỚP : DHDT2A1 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2010 Trong thời đại ngày nay, ngành công nghiệp đóng vai trò quan trọng kinh tế, khoa học… ROBOT tự động, giúp cho người nhiều, chúng thay sức người cách hiệu ROBOT sử dụng rộng rãi sống, nơi mà môi trường có tính độc hại , nguy hiểm công việc yêu cầu có độ xác cao Do ROBOT có tầm quan trọng lớn thời đại ngày Là sinh viên chuyên ngành điện tử tự động, để bổ sung kiến thức học nghiên cứu vấn đề lĩnh vực điều khiển tự động nên chúng em định chọn đề tài “ROBOT DI DỘNG BÁM THEO VẬT” Mặc dù cố gắng hoàn thành đồ án thời hạn trình thực không tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận đóng góp ý kiến từ quý Thầy cô bạn MỤC LỤC PHẦN Trang Phần 1.Lý thuyết định vị robot Phần 2.Thiết kế mạch điều khiển Phần Thiết kế phần Robot 18 Phần Điều khiển Robot 20 Phần Xử lý ảnh 25 Phần 6.Tổng quan OPENCV 30 Phần Truyền liệu module RF 40 Phần Chương trình điều khiển 46 Phần 1: LÝ THUYẾT VỀ ĐỊNH VỊ ROBOT 1.1 Định vị cho robot: Có cách: định vị tương đối tuyệt đối 1.1.1 Định vị tương đối Là phương pháp phổ biến dùng để xác định vị trí tương đối robot di động mặt phẳng sau trình chuyển so với vị trí ban đầu Việc giải toán định vị tương đối thực giải toán động học cho robot di động, nhằm xác định vị trí hướng tức thời robot sau trình chuyển động gốc tọa độ với bề mặt sàn robot thời điểm ban đầu Việc khó khăn robot liên kết với sàn thi đấu bánh xe lớp cao su, việc chuyển động nhờ vào lực ma sát, việc xác không cao phục thuộc tương đối vào hai bánh xe, trượt bánh Sai số hệ thống cấu chấp hành,những thiết kế không xác như: hai bánh xe không nhau,không cân bằng… Phương pháp định vị tương đối chủ yếu dựa vào số vòng quay motor, để xác định vị trí tương đối robot sau trình chuyển động Phương pháp đơn giản, có khuyết điểm lớn bán kính sai số lớn sai số tích lũy Sau ví dụ đơn giản: Hình 1.1: Mô hình robot đơn giản Trong hình hai bánh xe truyền động hai motor giảm tốc riêng biệt có hai encorder hồi tiếp xung cho motor Đặt vấn đề toán yêu cầu cho robot chạy đoạn thẳng 10 cm có sai số không sai số Để giải toán ta giả sử dùng encoder cho hai bánh xe với độ phân giải 100 xung/vòng quay encoder gắn bánh xe có đường kính 5cm, Gọi D đường kính bánh xe Encorder S chu vi bánh xe encorder P độ phân giải encoder D=50mm  S=2*3.14*25= 157 mm (1 vòng quay) P=100  1góc =3.60 1xung=1.57mm  100 xung=64 xung Yêu cầu toán cho robot chạy đoạn 10cm(100mm)  robot phải chạy cho bánh xe encoder phải quay hết 64 xung Trên tính toán tuyệt đối encorder xoay điều kiện lý tưởng,nhưng thực tế thường có sai số vì: • Bánh xe không tròn • Đường kính bánh xe thực tế không với bánh xe dùng tính toán • Bánh xe lệch trục • Vị trí lắp bánh xe không thích hợp dẫn đến bánh xe • • • • không tiếp xúc Tần số lấy mẫu encoder Mặt sàn không cân Trượt bánh xe so với Khi quay nhanh làm bánh xe bị trượt khoảng 1.1.2 Định vị tuyệt đối: Định vị tuyệt đối phương pháp xác định vị trí xác robot, phương pháp thực thiếu cảm biến, encoder, công tắc hành trình phần tử tạo sở cho robot nhận biết đâu, toạ độ Điểm khác so với định vị tương đối là: • Các phần thiết kế khí không cần tuyệt đối xác • Luôn đọc giá trị • Điều khiển theo sở logic a Ưu điểm phương pháp định vị tuyệt đối: • Định vị xác • Vị trí sai số nhỏ,không đáng kể • Cơ khí không cần thiết kế tuyệt đối xác b Nhược điểm phương pháp này: • Tốn kinh phí đầu tư • Mạch thiết kế phức tạp, để đáp ứng yêu cầu điều khiển • Cần cập nhật giá trị cảm biến liên tục Phần 2: THIẾT KẾ PHẦN MẠCH ĐIỀU KHIỂN 2.1 Tìm hiểu encoder: Hình 2.1 Mô hình Encoder encoder sử dụng E6B2 Ngõ encoder xem kênh A kênh B hình Hình2.2: Trạng thái ngõ kênh A kênh B H I H I A H I IS O R K L1A R 11 170 7414 R 14K C LR PR E 4 R K R 130 C LK D Q D 7474 Q 2N 2222 Q 2N 3906 H I DIR IS O R K R 4 K Q 2N 2222 R 10 170 R 14K L2A B 7414 Ngõ kênh A điện áp khuếch đại transisstor Q1 tương thích TTL với thời gian tăng giảm mạch kích Schmittriger L1 Hoạt động tương tự kênh B qua Q2 L2 Rõ ràng mạch kích Schmitt kênh A tạo xung clock để chốt mạch kích Schmitt kênh B nối với ngõ vào diode chốt Với cấu hình này, trạng thái ngõ Q chốt cho biết chiều quay đĩa mã hoá Giả sử trạng thái logic ngõ Q SN7474 mức cao Thế kênh B ưu tiên dẫn trước kênh A Nói cách khác, chốt kích cạnh, có tín hiệu logic ngõ vào diode Dưới điều kiện này, bảng thật mạch chốt biểu diễn ngõ Q lên mức cao Chiều quay ngược chiều kim đồng hồ tồn điều kiện kênh B dẫn trước kênh A Các điều kiện ngược lại làm quay theo chiều kim đồng hồ ngõ raQ mạch chốt mức thấp Mạch điều khiển động cơ: R O LE 24V 12V 12V D 2.2 R 2 k 12V Q IR F Q 12V D R 2 k Q D KR L1 Q D 330 - 1W PW M M O TO R D C R L1 Q 12V 10K R L1 10K Hình 2.3: Mạch điều khiển động Giản đồ trạng thái điện áp: Hình 2.4: Giản đồ trạng thái điện áp ngõ Nếu cho động chạy chân Opto(PWM1) phải mức logic 1,lúc nội trở hai chân Opto thấp, nguồn 12v qua R5(do Opto) dẫn nên chân B Q2 đạt mức logic thấp Q2 tắt  Q3 dẫn bão hoà  Q4 tắt  Q5 dẫn  Động chạy Ngược lại, Opto tắt  Q2 dẫn bão hòa  Q3 tắt  Q4 dẫn(nếu có điện áp rơi chân E Q4)  Q5 tắt  Động tắt Khi muốn đảo chiều động ta cần xuất mức logic chân DKRL1, lúc role ON, nhờ vào tiếp điểm role ta đảo chiều cấp nguồn động  Động chạy ngược chiều 2.3 Mạch Detect màu sân thi đấu: 5V 100k 10K D LE D Q U A N G T R O 220 + - LM 324 11 R 240 LE D Hình 2.5: Mạch detect màu sân thi đấu Nguyên lý hoạt động: Dựa vào thay đổi nội trở Photo Resistor chiếu sáng hay che tối, điều làm thay đổi nội trở (dạng analog) chân (-) Opam.Chân (+) áp ngưỡng so sánh cho ngõ vào (-).Vì ngõ tồn hai trạng thái áp chân (-) nhỏ áp chân (+) ngược lại mức Trong sân thi đấu có hai màu, xanh trắng, led phát vào màu trắng ánh sáng phản chiếu vào quang trở mạnh vào màu xanh vào vạch trắng điện áp chân (-) nhỏ áp chân (+)  ngõ = 1.Ngược lại khỏi vạch trắng áp chân (-) lớn áp chân (+)  ngõ = 0,lấy mức logic đưa vào mạch đảo tín hiệu để tạo mức logic xác trước đưa vào vi điều khiển để nhận biết màu đưa điều khiển thích hợp Ta có dạng trạng thái xung hình sau: Hình 2.6: Trạng thái xung 2.4 Mạch chọn kênh chương trình: R 9 R VC C P P P P P P P P P P S S S S S S R R R R R R R R R R W W W W W W O O O O O O O O O O 6 10 U 17 2 2 1 1 3 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I9 I1 I1 I1 I1 I1 I1 C I/O S S S S EN O U TPU T 1 1 1 S S S S E E E E L L L L E E E E C C C C T1 T2 T3 T4 15 Dùng vi mạch 4067 4067 chọn 16 chương trình từ chân vi điều khiển Bảng hoạt động sau: Select 0 0 0 Select 0 0 1 Select 0 1 0 Select 1 1 EN 0 0 0 Output Pro_1 Pro_2 Pro_3 Pro_4 Pro_5 Pro_6 Pro_7 1 0 0 1 0 Pro_8 Pro_9 Pro_10 LUU_VACH DATA 32H ;luu so vach trung gian truoc xu ly van de(T0ISR) VUNG DATA 37H ;LUU S VUNG (DO PHAN VUNG CAM BIEN)(KHOANG 16 VUNG KHAC NHAU) VACH DATA 07H ;luu so vach da di qua = so giao diem(R7) ;===========BAT DAU VIET CHUONG TRINH================== ;Cac ghi da su dung R0,R1,R7,R2,R6,R3,R4,R5 ;R0 DUNG DE LAY MAU TIN HIEU(CHONG NHIEU) ;R1 DUNG TRONG HAM DELAY(CO THE LAY LAM TRUNG GIAN) ;R2 LUU SO VACH NGANG(TRUNG GIAN CHO VIEC TANG HAY GIAM VACH (R7)) ;R3 LUU SO VACH TRUNG GIAN TRUOC KHI XU LY (CTRINH CON DI? VACH) ;R7 LUU SO VACH DA DI QUA ;A TRUNG GIAN CHO VIEC KTRA LOI KHI QUA VACH NGANG MA CAM BIEN KO LEN(DUNG TRONG T0ISR) ;B LUU CAM BIEN KHI XAC DINH VACH(DUNG TRONG XAC DINH DEM VACH(TRACKING)) ;R5 AP DUNG TRONG CHUONG TRINH CON DK PWM ORG 0000H ;reset he thong SJMP MAIN ORG 0003H ;ngat ngoai LJMP INT0ISR ORG 000BH ;ngat timer LJMP T0ISR ORG 0013H ;ngat ngoai LJMP INT1ISR ORG 001BH ;ngat timer LJMP T1ISR ORG 002BH LJMP T2ISR ORG 0030H ;ngat port noi tiep SJMP MAIN ORG 004BH LJMP POWER_DOWN MAIN: MOV SCON,#12H ;CHO PHEP PORT NOI TIEP HOAT DONG ;====== ====>==== ;ngung hoat dong tat ca cac timer CLR TF0 CLR TR1 CLR TF1 MOV TH0,#00H MOV TL0,#00H MOV TH1,#00H MOV TL1,#00H SETB EA ;ngat toan cuc ; CLR NHO_TRAI CLR NHO_PHAI MOV LUU_VACH,#00H ; CLR BIT_RUN ;BO QUA QUET CAM BIEN ; -MOV MOTOR1,#00H MOV MOTOR2,#00H MOV MOTOR3,#00H LCALL TEST_MAU JNB MAU,MODE_BLUE MODE_RED: CLR WAITING LCALL DOI1S SETB WAITING LCALL DOI1S CLR WAITING LCALL DOI1S SETB WAITING LCALL DOI1S LCALL RESET_ROBOT LCALL TEST_MAU ACALL SCAN_PRO_RED LJMP MAIN MODE_BLUE: CLR WAITING LCALL DOI1S SETB WAITING LCALL DOI1S LCALL RESET_ROBOT LCALL TEST_MAU ACALL SCAN_PRO_BLUE LJMP MAIN ; ======================TEST_MAU================================ ===== TEST_MAU: MOV R0,#255 T_MAUXANH: JNB MAU,GIAM_XANH SJMP T_MAUDO GIAM_XANH: DJNZ R0,T_MAUXANH CLR BLUE ;DOI XANH SETB LED ;DEN LED SANG SJMP EXIT_TEST_MAU T_MAUDO: MOV R0,#255 CHO_MAU: JB MAU,GIAM_DO SJMP T_MAUXANH GIAM_DO: DJNZ R0,CHO_MAU SETB BLUE ;DOI DO CLR LED ;DEN LED SANG EXIT_TEST_MAU: RET ; ========================SCAN_PRO_RED========================== =========== SCAN_PRO_RED: JNB MAU,MODE_BLUE LCALL DOI50MS LCALL CHAYR1 LJMP SCAN_PRO_RED CHAYR1: CLR WAITING LCALL DOI1S LCALL PRO_R1 LJMP EXIT_SCAN_PRO_R EXIT_SCAN_PRO_R: RET ; ========================SCAN_PRO_BLUE========================= ============ SCAN_PRO_BLUE: JB MAU,MODE_RED LCALL DOI50MS LCALL CHAYB1 LJMP SCAN_PRO_BLUE CHAYB1: CLR WAITING LCALL DOI1S LCALL PRO_B2 LJMP EXIT_SCAN_PRO_B EXIT_SCAN_PRO_B: RET ;=======BAT DAU CHAY CHUONG TRINH=========================== START: ============================================ ============ PRO_R1: LCALL TOC_DO_CHAM LCALL SCAN_CHUONG_TRINH SJMP PRO_R1 RET ;==============================================[...]... biểu di n ảnh cũng rất thuận tiện khi chúng ta biết rõ vật thể cần bắt 7 Cách thức tính toán thông tin 3D: Những hàm này rất có ích khi cần sắp xếp và xác định một vật thể với âm thanh stereo hoặc không gian đa chiều phức tạp từ một camera 8 Mã lệnh toán để xử lý ảnh, thị giác máy tính và biên dịch ảnh: OpenCV sử dụng các phép toán thông dụng như: đại số, thống kê, hình học 9 Đồ họa: Những giao di n... THIẾT KẾ PHẦN CƠ CHO ROBOT 3.1 Các hình a Hình chiếu của robot: chiếu đứng: Hình 3.a: Hình chiếu đứng robot tự động b Hình chiếu bằng: Hình 3.b: bằng robot tự Hình chiếu động c Hình chiếu cạnh: Hình 3.c: robot tự Hình chiếu cạnh động Phần 4: ĐIỀU KHIỂN ROBOT 4.1 Vi xử lý và các ngõ vào ra: • Vi điều khiển P89V51RB2FN 16KB chương trình,5 kênh điều rộng xung,hai thanh ghi DPTR,Watch dog timer,Brown out... qua chuột hoặc bàn phím và điều khiển quá trình 11.Cấu trúc dữ liệu và thuật toán Với những giao di n này bạn có thể lưu, tìm kiếm, và cách danh mục điều khiển, các tuyển tập(cũng như các tập hợp lệnh được gọi ), đồ họa và sơ đồ nhánh một cách hiệu quả 12.Khả năng tồn tại của dữ liệu Những phương pháp này cung cấp các giao di n một cách thuận lợi để lưu trữ các dạng khác nhau của dữ liệu vào đĩa để có... mà giá trị của nó đại di n cho cường độ trong một số vùng nào đó của ảnh Matlab chứa một ảnh cường độ như một ma trận dơn , với mỗi phần tử của ma trận tương ứng với một pixel của ảnh Ma trận có thể thuộc lớp double , uint8 hay uint16 Trong khi ảnh cường độ hiếm khi được lưu với bản đồ màu , Matlab sử dụng bản đồ màu để hiển thị chúng Những phần tử trong ma trận cường độ đại di n cho các cường độ... độ ánh sáng Mô hình màu HSV Mô hình màu YCbCr Mô hình màu YIQ Phần 6: TỒNG QUAN VỀ OPENCV I Tổng quan về OpenCV: OpenCV (Open Source Computer Vision Library) là một thư viện xử lý hình ảnh nguồn mở của Intel Nó có rất nhiều tác dụng như: tương tác giữa người và máy tính, nhận dạng vật, phân đoạn và nhận dạng, nhận dạng khuôn mặt, nhận biết, hiểu về cử chỉ, cấu trúc của vận động, và trong Robot di. .. các phép toán đại số tuyến tính,thống kê,các hàm lâu dài và lỗi thao tác Có một chút kỳ cục o đây là các hàm đồ họa phục vụ cho vẽ trên ảnh được giữ ở đây CV chứa đựng quá trình xử lý ảnh và các phương pháp đánh giá sơ bộ kích thước ảnh Những hàm tính toán hình học cũng được lưu trữ tại đây CVAUX được mô tả trong văn bản của OpenCV như là modul cũ và chỉ dùng để thí nghiệm Tuy nhiên, giao di n đơn giản... và tạo nên mật độ phân bố theo hai trục x và y trong không gian hai chiều 3.1.1.3 Mức xám: Mỗi điểm ảnh được đặc trưng cơ bản bởi tọa độ x, y của điểm ảnh và độ xám Mức xám của điểm ảnh là cường độ sáng của nó được gán giá trị số tại điểm đó Các thang mức xám thường dùng là: 16, 32, 64, 128, 256.Trong đó mức 256 thường dùng nhất vì máy tính dùng 1 byte ( 2^8=256) để biểu di n từ 0 đến 255 mức 3.1.2... phải thứ 3 so với sensor trung tâm Đọc cảm biến theo nguyên tắc : đọc từ trong ra ngoài, tức là kiểm tra giá trị sensor từ CL,CR  L1,R1  L2,R2  L3,R3  Vùng error Vùng Error sẽ được thực thi khi và chỉ khi robot đang chạy dò đường nhưng bất ngờ không có sensor nào tích cực  đã chạy sai vạch  tăng tốc bánh bên trái nếu trước đó rẽ phải hoặc tăng tốc bánh bên phải nếu trước đó rẽ trái A Bảng phân... ngay.Cấu trúc cho cả hai được nằm trong INSTALL Với Window ta khi cài đặt OpenCV,nó sẽ cop file OpenCV vào thư mục mà bạn chọn.Cách thức lựa chọn trong đường dẫn hệ thống của bạn chứa mã nhị phân OpenCV, đăng kí một vài bộ lọc DirectX.Mặc định nó cài đặt đến C:/Program Files/OpenCV/ 2 Những yêu cầu khi cài đặt trong windows Đối với người dùng xài Windows, OpenCV rất dễ dàng cài đặtvà luôn hoạt động... liệu ảnh dưới định dạng PNG Cả hai hàm cvLoadImage() và cvSaveImage() đều nằm trong HighGUI module Khi bạn hoàn thành việc sử dụng nhập ảnh từ cvLoadImage(), bạn cần thả free bằng cách gọi hàm cvReleaseImage(), như ở dòng 29 hàm này sẽ lấy địa chỉ của một điểm làm input tạo “ngắt an toàn” Nó trả tự do cho cấu trúc ảnh chỉ khi ảnh không rỗng sau khi trả tự do, nó sẽ đặt giá trị điểm ảnh về 0 3 Thu video