THIẾT KẾ XE TỰ ĐỘNG

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT Độc lập - Tự - Hạnh phúc -o0o - -o0o KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐỘNG LỰC Họ tên sinh viên : Trần Đình Thiên - Trần Văn Trung : Đoàn Anh Vạn - Lê Hoài Thanh Phú Lớp : 15DL1 Bộ môn : Công nghệ Kỹ thuật Ô tô Tên đề tài: Xe Điện Hệ Tự Động Ứng Dụng Camera Kinect Các số liệu ban đầu: Nôi dung thành phần thuyết minh tính tốn: Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Tìm hiểu Kinect Chương 3: Thư viện xử lý ảnh Chương 4: Phần mềm LabVIEW Chương 5: Vi điều khiển Arduino module điều khiển động L298N Chương 6: Chương trình điều khiển Chương 7: Quá trình chế tạo xe điện tự động Chế tạo mơ hình: Xe điện hệ tự động ứng dụng Camera Kinect Các vẽ đồ thị: bảng vẽ A3 Cán hướng dẫn: Ths.Hoàng Thắng Cán duyệt: Ths.Hoàng Thắng Ngày giao đồ án: 10/01/2018 Ngày nộp đồ án: 15/06/2018 Cán duyệt Cán hướng dẫn (ký ghi rõ họ tên) (ký ghi rõ họ tên) Thông qua môn Ngày 14 tháng năm 2018 Ngày 14 tháng năm 2018 Trưởng môn Chủ tịch hội đồng ( Ký ghi rõ họ tên) ( ký ghi rõ họ tên ) ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT Độc lập - Tự - Hạnh phúc o0o o0o -ĐỀ CƯƠNG ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐỘNG LỰC Họ tên sinh viên : Trần Đình Thiên : Trần Văn Trung : Đoàn Anh Vạn : Lê Hồi Thanh Phú Lớp : 15DL1 Bộ mơn : Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ Cán hướng dẫn : Ths.Hoàng Thắng Tên đề tài nghiên cứu: Xe Điện Hệ Tự Động Ứng Dụng Camera Kinect Ngày giao đồ án: 10/01/2018 Ngày nộp đồ án: 15/06/2018 Kế hoạch thực Số lần thông đồ án Nội dung công việc Nhận đề tài Phân công cơng việc Tìm hiểu nghiên cứu Thời gian bắt đầu Thời gian kết thúc 10/01/2018 10/01/2018 11/01/2018 13/01/2018 15/01/2018 20/01/2018 10/03/2018 30/04/2018 Thực mơ hình lắp ráp, lập trình, vẽ, soạn thảo Cán hướng dẫn ( ký ghi rõ họ tên ) LỜI CẢM ƠN Lời chúng em xin gửi đến Thầy Ths Hoàng Thắng lời cảm ơn chân thành sâu sắc Nhờ có hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy suốt thời gian qua, chúng em thực hồn thành Đồ Án Tổng Hợp Động Lực Những lời nhận xét, góp ý hướng dẫn tận tình Thầy giúp chúng em có định hướng đắn suốt trình thực Đề tài, giúp chúng em nhìn ưu khuyết điểm Đề tài bước hoàn thiện Đồng thời, chúng em xin trân trọng cảm ơn Thầy Cô Trường Đại Học Sư Phạm nói chung khoa Cơ Khí nói riêng dạy dỗ chúng em suốt thời gian ngồi ghế giảng đường Những lời giảng Thầy Cô bục giảng trang bị cho chúng em kiến thức giúp chúng em tích lũy thêm kinh nghiệm Bên cạnh đó, chúng tơi xin cảm ơn hỗ trợ giúp đỡ bạn bè thời gian học tập trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật q trình hồn thành Đồ Án Tổng Hợp Cuối cùng, chúng chân thành cảm ơn động viên hỗ trợ gia đình cha mẹ suốt thời gian học tập Đặc biệt, chúng xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến cha mẹ, người sinh nuôi dưỡng chúng nên người Sự quan tâm, lo lắng hy sinh lớn lao cha mẹ động lực cho chúng cố gắn phấn đấu đường học tập mình.Một lần nữa, chúng xin gửi đến cha mẹ biết ơn sâu sắc Đà Nẵng, ngày 15 tháng 06 năm 2018 Trần Đình Thiên Trần Văn Trung Đồn Anh Vạn Lê Hồi Thanh Phú TĨM TẮT LUẬN VĂN Theo dự đốn tương lai, xe thơng minh tâm điểm cách mạng lớn sau Internet Con người có nhu cầu sở hữu xe thơng minh nhu cầu máy tính PC Đề tài đồ án hướng tới việc ứng dụng công nghệ xử lý ảnh cho xe tự hành, tạo tiền đề cho việc xây dừng xe hồn chỉnh, có khả phục vụ cho đời sống người Trong khn khổ đồ án, nhóm tập trung xây dựng mơ hình xe hồn chỉnh có khả tìm đến đích cách nhận biết thông qua cử người Một điểm nhấn mạnh khối thị giác cho xe, với hỗ trợ thiết bị chơi game Kinect có khả khơi phục mơi trường phía trước xe dạng 3D, đáp ứng cho xác cần thiết phối hợp với giải thuật điều khiển vi điều khiển Arduino Nhóm sinh viên thực Trần Đình Thiên Trần Văn Trung Đồn Anh Vạn Lê Hồi Thanh Phú Mục lục Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA XE TỰ ĐỘNG LÁI TRONG TƯƠNG LAI 1.2 NHỮNG VẤN ĐỀ CỦA XE TỰ ĐỘNG LÁI 1.3 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 1.3.1 Mục đích đề tài 1.3.2 Phương pháp thực Chương 2: TÌM HIỂU VỀ KINECT 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 2.2 NHỮNG THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA KINECT 2.3 TÍNH TỐN ĐỘ SÂU 2.4 MỘT SỐ ĐẶC TÍNH KHÁC Chương 3: THƯ VIỆN XỬ LÝ ẢNH .11 3.1 THƯ VIỆN HỖ TRỢ KINECT 11 3.2 SO SÁNH KINECT SDK BETA VÀ OPENNI 12 Chương 4: PHẦN MỀM LabVIEW .14 4.1 GIỚI THIỆU 14 4.2 CHỨC NĂNG CỦA LabVIEW 14 4.3 CÁC PHIÊN BẢN CỦA LabVIEW .15 4.4 XU HƯỚNG CỦA LabVIEW 15 4.5 CÁC ỨNG DỤNG CỦA LabVIEW .15 Chương 5: VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO MEGA VÀ MODULE ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ L298N .19 5.1 GIỚI THIỆU ARDUINO 19 5.1.1 Các khối lệnh cho Arduino 20 5.1.2 Sơ đồ linh kiện Arduino Mega 24 5.2 MODULE ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ L298N 25 Chương 6: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 27 6.1 NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 27 6.2 GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH 27 6.2.1 Kinect .28 6.2.2 Display colour data (U32 to picture): Hiển thị liệu màu (U32 đến hình ảnh) 30 6.2.3 Render 3D skeleton: Render xương 3D 32 6.2.4 Buid Array: Tạo mảng 37 6.3 SƠ ĐỒ PHẦN MỀM 40 Chương 7: QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO XE ĐIỆN TỰ ĐỘNG 44 7.1 GIAI ĐOẠN CHUẨN BỊ VẬT LIỆU, PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT .44 7.1.1 Giai đoạn chuẩn bị vật liệu 44 7.1.2 Phương pháp gia công chi tiết hệ thống xe 44 7.2 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XE 44 7.3 QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN 45 7.3.1 Tháo tìm hiểu xe 45 7.3.2 Chế tạo khung xe 49 7.3.3 Tìm hiểu gắn Arduino,mạch cơng suất .53 7.3.4 Lắp Kinect hoàn thành sản phẩm xe 55 7.4 GIAI ĐOẠN CHO XE CHẠY THỬ NGHIỆM, XEM XÉT ĐÁNH GIÁ VÀ BỔ SUNG SỮA CHỮA 57 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO .59 PHỤ LỤC 1: Kết hợp thư viện OpenNI Code Laboratories Kinect (CL) để sử dụng chức điều khiển động Kinect .60 Danh mục từ viết tắt A API Application Programming Interface AUX AUXiliary C CL Code Laboratories CPU Central Processing Unit I IR Infrared N NI Natural Interaction R RAM Random Access Memory S SDK Software Development Kit T TOF Time Of Flight U USB Universal Serial Bus V VI Virtual instrument VTK Visualization Toolkit Danh mục hình Hình 2.1 Thiết bị Kinect Hình 2.2 Những thành phần Kinect Hình 2.3 Bên Kinect: RGB, IR camera IR projector Hình 2.4 Quá trình thu đồ độ sâu ảnh Hình 2.5 Mẫu hình chiếu projector chụp lại IR camera .6 Hình 2.6 Tính tốn khoảng cách tới điểm chiếu từ Projector [5] Hình 2.7 Kinect adapter 10 Hình 4.1 Thu thập liệu Cơ quan hàng không vũ trụ - NASA 16 Hình 4.2 Thu thập liệu từ cảm biến đo gió ơtơ thí nghiệm thuật tốn chuyển đổi cảm biến 16 Hình 4.3 Giao diện lái ơtơ từ xa 17 Hình 4.4 Điều khuyển tay Robot 18 Hình 4.5 Hệ thống lái khơng trục lái phòng thí nghiệm Biorobotics, KUT, Hàn Quốc 18 Hình 5.1 Arduino Mega 19 Hình 5.2 Các khối Arduino 20 Hình 5.3 Khối Init 21 Hình 5.4 Khối Close .22 Hình 5.5 Các khối khối low level 22 Hình 5.6 Các khối lệnh Boolean .23 Hình 5.7 Các khối lệnh so sánh 23 Hình 5.8 Khối lệnh Select .24 Hình 5.9 Sơ đồ linh kiện Arduino Mega 24 Hình 5.10 Module điều khiển động L298N .25 Hình 6.1 Ví dụ xương bắt Kinect chương trình 27 Hình 6.2 Sơ đồ lập trình phần mềm LabVIEW (a) 40 Hình 6.3 Sơ đồ lập trình phần mềm LabVIEW (b) 41 Hình 6.4 Sơ đồ lập trình phần mềm LabVIEW (c) 42 Hình 6.5 Sơ đồ mạch điện hệ thống xe 43 Hình 7.1 Xe hoàn chỉnh 45 Hình 7.2 Hệ thống lái xe 46 Hình 7.3 Tháo hệ thống đèn xe 47 Hình 7.4 Tháo phần gầm xe 48 Hình 7.5 Tìm hiểu tháo mạch điện .48 Hình 7.6 Khung xe tháo hết chi tiết 49 Hình 7.7 Khung xe sắt 50 Hình 7.8 Cắt vỏ xe ráp khung 51 Hình 7.9 Bọc kẽm thân xe dán decan 52 Hình 7.10 Mạch Arduino nối với hệ thống xe 53 Hình 7.11 Mạch cơng suất mắc vào hệ thống 54 Hình 7.12 Kinect lắp xe 55 Hình 7.13 Hồn thành sản phẩm xe điện hệ tư động ứng dụng camera Kinect 56 Danh mục bảng Bảng 2.1 Góc mở tiêu cự RGB IR camera [3] Bảng 2.2 Công suất tiêu thụ Kinect 10 Bảng 7.1 Một số chi tiết cần sử dụng trình chế tạo .44 Đề tài: Xe điện hệ tự động ứng dụng camera Kinect Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA XE TỰ ĐỘNG LÁI TRONG TƯƠNG LAI Dự báo, đến năm 2020, có 10 triệu xe tự lái chạy đường phố Một chạy đua diễn sôi động hãng sản xuất muốn nhanh chóng chiếm vị trí "người tiên phong" thị trường sơ khai đầy màu mỡ Hãng xe Toyota Nhật Bản thử nghiệm thành công công nghệ lái tự động Highway Teammate, có khả chạy chuyển đường cao tốc Toyota đầu tư 50 triệu USD để phát triển trí thơng minh nhân tạo dòng xe Mục tiêu đưa xe tự lái vào đời thực năm 2020 - năm Tokyo tổ chức Thế vận hội Olympics Trong đó, hãng Tesla Mỹ phát triển mẫu xe tự lái Model S, tích hợp hệ thống tự lái "Autopilot" radar hành trình, giúp vận hành chuyển di chuyển đường cách tự động Hãng Volvo Thụy Điển cho mắt mẫu xe tự lái Concept 26 với chức "Pilot Assist", cho phép xe tự lái với tốc độ 80 dặm/giờ Không hãng sản xuất xe truyền thống, đây, gã khổng lồ công nghệ chen chân vào thị trường đầy tiềm Hãng Google đưa vào thử nghiệm mẫu xe không người lái mình, tích cảm biến, camera, rađa, tia hồng ngoại hệ thống GPS để phát vật thể xung quanh Xe ô tô Google thực triệu dặm đường mà mà không gặp cố lớn Hãng Apple lên kế hoạch triển khai dự án ôtô điện tự lái mang tên "Project Titan", đó, hãng Uber phối hợp với Đại học Arizona phát triển xe tự lái, khơng vận chuyển hành khách mà còn thực nhiều tác vụ khác, dịch vụ vận chuyển đồ ăn -UberEats, vận chuyển hàng hóa - UberRush 1.2 NHỮNG VẤN ĐỀ CỦA XE TỰ ĐỘNG LÁI Xe tự động lái có khả cho phép người lái chế độ (rãnh tay ) Nhưng xe chủ yếu hoạt động phần mềm cài đặt trước, có vấn đề xảy q trình điều khiển gây an toàn cho người lái người tham gia giao thơng Ngồi ra, u cầu mặt kỹ thuật xe cần phải cao đảm bảo mặt chất SVTH: Thiên, Trung, Vạn, Phú Đề tài: Xe điện hệ tự động ứng dụng camera Kinect Hình 7.4 Tháo phần gầm xe Hình 7.5 Tìm hiểu tháo mạch điện SVTH: Thiên, Trung, Vạn, Phú 50 Đề tài: Xe điện hệ tự động ứng dụng camera Kinect 7.3.2 Chế tạo khung xe Hình 7.6 Khung xe tháo hết chi tiết SVTH: Thiên, Trung, Vạn, Phú 51 Đề tài: Xe điện hệ tự động ứng dụng camera Kinect Hình 7.7 Khung xe sắt SVTH: Thiên, Trung, Vạn, Phú 52 Đề tài: Xe điện hệ tự động ứng dụng camera Kinect Hình 7.8 Cắt vỏ xe ráp khung SVTH: Thiên, Trung, Vạn, Phú 53 Đề tài: Xe điện hệ tự động ứng dụng camera Kinect Hình 7.9 Bọc kẽm thân xe dán decan SVTH: Thiên, Trung, Vạn, Phú 54 Đề tài: Xe điện hệ tự động ứng dụng camera Kinect 7.3.3 Tìm hiểu gắn Arduino,mạch cơng suất Hình 7.10 Mạch Arduino nối với hệ thống xe SVTH: Thiên, Trung, Vạn, Phú 55 Đề tài: Xe điện hệ tự động ứng dụng camera Kinect Hình 7.11 Mạch cơng suất mắc vào hệ thống SVTH: Thiên, Trung, Vạn, Phú 56 Đề tài: Xe điện hệ tự động ứng dụng camera Kinect 7.3.4 Lắp Kinect hoàn thành sản phẩm xe Hình 7.12 Kinect lắp xe SVTH: Thiên, Trung, Vạn, Phú 57 Đề tài: Xe điện hệ tự động ứng dụng camera Kinect Hình 7.13 Hồn thành sản phẩm xe điện hệ tư động ứng dụng camera Kinect SVTH: Thiên, Trung, Vạn, Phú 58 Đề tài: Xe điện hệ tự động ứng dụng camera Kinect 7.4 GIAI ĐOẠN CHO XE CHẠY THỬ NGHIỆM, XEM XÉT ĐÁNH GIÁ VÀ BỔ SUNG SỮA CHỮA Sau hoàn thành việc chế tạo, lắp ráp chi tiết, mạch điện phận khác xe Tiến hành đưa xe vào hoạt động thử nghiệm Vì trình hoạt động thử nghiệm nên cho tất phận xe hoạt động tối đa Nhằm xem xét đánh giá tìm sai sót để điều chỉnh sửa chữa để đạt sản phẩm tốt  Các tiêu chí đánh giá: Kiểm tra xe hoạt động tối đa công suất phận, chi tiết lắp - ráp cố định chắn khơng Kiểm tra vít có lỏng xe chạy tối đa cơng suất khơng, có cần thay - Kiểm tra khung xe có bị cong vênh so với ban đầu khơng Kiểm tra hệ thống mạch điện có ổn định khơng, có cần khắc phục SVTH: Thiên, Trung, Vạn, Phú 59 Đề tài: Xe điện hệ tự động ứng dụng camera Kinect KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Với mục đích xây dựng mơ hình xe điện có khả di chuyển đến điểm đích xác định trước, tránh chướng ngại vật đến đích an tồn Nhóm áp dụng công nghệ xử lý ảnh 3D với thiệt bị chơi game Kinect, đáp ứng độ tin cậy cao so với cảm biến truyền thống Quá trình thực hoàn thành nhiệm vụ sau: - Thiết kế thi cơng mơ hình xe điện hồn chỉnh - Chương trình xử lý ảnh khơi phục khơng gian phía trước xe dạng 3D, cung cấp đầy đủ thông tin môi trường cho xe điện - Tốc độ xử lý ảnh máy tính khoảng 13-15 fps, đủ đáp ứng thời gian cho xe điện - Hồn thành kế hoạch di chuyển đến đích có vật cản với sai số chấp nhận môi trường nhà  Một số điểm cần khắc phục: - Phần khí xe điện khơng hồn hảo nên ảnh hưởng đến sai số di chuyển Ở điểm này, xe đáp ưng đầy đủ cho ứng dụng xe di chuyển nhà với linh hoạt, kết cấu gọn xác cao - Phần thị giác quan sát khơng gian phía trước xe nên xe dụng vật cản bên hơng hay phía sau di chuyển lùi Vấn đề giải cách trang bị thêm cảm biến phát vật cản xung quanh xe, thiết kế thêm hệ thống xoay cho phần thi giác - Tích hợp thêm cảm biến định vị cần thiết để tăng xác - Chương trình viết mơi trường Windows với hỗ trợ từ phần mềm Labview nhiều hạn chế, tốc độ xử lý Sẽ tối ưu viết môi trường Linux phát triển thành sản phẩm thương mại hạ giá thành phần mềm xuống, tăng tính cạnh tranh  Hướng phát triển: - Mục đích đề tài tạo tảng cho việc xây dựng mơ hình xe điện ứng dụng hoàn chỉnh: du lịch sinh thái, SVTH: Thiên, Trung, Vạn, Phú 60 Đề tài: Xe điện hệ tự động ứng dụng camera Kinect TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://en.wikipedia.org/wiki/Kinect [2] http://www.ros.org/wiki/kinect_calibration/technical [3] Mikkel Viager,”Technical University of Denmark,p.11 [4] http://www.primesense.com/en/technology [5] Jacob Kjaer A Qualitative Analysis of Two Automated Registration Algorithms In a Real World Scenario Using Point Clouds from the Kinect, June 27,2011 [6] http://nicolas.burrus.name/index.php/Research/KinectCalibration [7] http://openkinect.org/wiki/Main_page [8] http://codelaboratories.com/nui [9] http://openni.org/Documentation [10] http://Kinectforwindows.org [11] http://www.breke.com/?page_id=671 SVTH: Thiên, Trung, Vạn, Phú 61 Đề tài: Xe điện hệ tự động ứng dụng camera Kinect PHỤ LỤC 1: Kết hợp thư viện OpenNI Code Laboratories Kinect (CL) để sử dụng chức điều khiển động Kinect Như trình bày mục 3.2 thư viện OpenNI khơng hỗ trợ cho việc điều khiển động Kinect Sau thủ thuật việc cài đặt thêm CL Cả OpenNI CL đóng vai trò driver truy xuất phần cứng Kinect nên xung đột cài đặt đồng thời hai thư viện  Bước 1: Cài đặt CL bình thường đảm bảo chưa cài OpenNI chương trình kèm trước (nếu có phải gỡ bỏ) CL tải tại: http://codelaboratories.com/nui  Bước 2: Mở cửa sổ Computer Management, chọn Uninstall mục CL devices: NUI audio, NUI camera, NUI Motor SVTH: Thiên, Trung, Vạn, Phú 62 Đề tài: Xe điện hệ tự động ứng dụng camera Kinect  Bước 3: Cài đặt OpenNI chương trình kèm theo  Bước 4: Vào lại cửa sổ bước 1, lúc Kinect nhận PrimeSense Ta nhấp phải chuột Kinect Motor chọn Update Driver Software SVTH: Thiên, Trung, Vạn, Phú 63 Đề tài: Xe điện hệ tự động ứng dụng camera Kinect Và duyệt tới thư mục driver CL: Lúc ta sử dụng chức điều khiển động Kinect thư viện OpenNI kết hợp với CL SVTH: Thiên, Trung, Vạn, Phú 64 ... sáng hồng ngoại, tạo nên đốm sáng khơng gian phía trước Kinect, tập hợp đốm sáng phát cố định Những đốm sáng tạo nhờ nguồn sáng truyền qua lưới nhiễu xạ (diffraction gratings) Tập hợp đốm sáng... nghiên cứu: Xe Điện Hệ Tự Động Ứng Dụng Camera Kinect Ngày giao đồ án: 10/01/2018 Ngày nộp đồ án: 15/06/2018 Kế hoạch thực Số lần thông đồ án Nội dung công việc Nhận đề tài Phân cơng cơng việc Tìm... thành Đồ Án Tổng Hợp Động Lực Những lời nhận xét, góp ý hướng dẫn tận tình Thầy giúp chúng em có định hướng đắn suốt trình thực Đề tài, giúp chúng em nhìn ưu khuyết điểm Đề tài bước hoàn thiện Đồng