ROBOT IoRT THÁM HIỂM VŨ TRỤ I XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ: Khám phá vũ trụ khát khao người để tìm hiểu giới bên ngồi Trái Đất Trong hành trình đó, người phát vật thể quan trọng vũ trụ, đánh dấu thành tựu đỉnh cao trí tuệ vượt xa trí tưởng tượng người Với đa số người, thám hiểm nghĩa người phải hành trình dài – chuyến thuyền trưởng James Cook khám phá đảo Thái Bình Dương, hay Robert Peary Frederick Cook cắm cờ Bắc Cực Những đổ tàu Apollo thập kỉ 1960 1970, với cờ quốc kì vết chân lịch sử, tâm trí người Và hình dung cách người tiếp tục khám phá hành tinh tương lai Với công nghệ máy tính thơng tin liên lạc ngày phát triển, nhà du hành vũ trụ lơ lửng trạm khơng gian ngồi quỹ đạo Mặt Trăng Hỏa huy robot điều khiển từ xa Những robot chạy, bay, khoan, đào, múc, thu thập vật liệu nhanh hơn, xác thiết bị có Trái đất Bộ não người kết hợp với mạnh robot – camera dụng cụ tân tiến – tiến hành thám hiểm hàng tháng trời, tránh cho thể người phải tiếp xúc với bệnh tật, nguy hiểm hành tinh lạ Đồng thời giảm khoảng chi phí lớn cho người hành trình thám hiểm vũ trụ Ngày với phát triển công nghệ 4.0, việc ứng dụng tảng Internet of Thing (IoT) cho ứng dụng xã hội trở nên phổ biến Do đó, thiết kế Robot kết hợp với IoT cho đời khái niệm The Internet of Robotic Things (IoRT) trở thành xu hướng năm gần tương lai Công việc thiết kế Robot không dừng lại vận hành tự động mà phải dùng để thu thập, truyền liệu từ xa gửi cho người dùng qua Internet, tương tác trực tiếp từ xa để thay người thực nhiệm vụ nơi mà người đến Những ứng dụng điển nhà thám hiểm vào nơi chưa đến hay dò địa hình nơi có chất độc hại bom mìn, hay phục vụ cho công tác cứu hộ người gặp nguy hiểm hành trình thám hiểm Do đó, việc chế tạo Robot IoRT thám hiểm vũ trụ điều cần thiết cho nhu cầu thám hiểm vũ trụ Đề tài tập trung giải yêu cầu Robot IoRT thám hiểm vũ trụ Đầu tiên thiết kế phần cứng hỗ trợ khả di chuyển thị giác máy tính.Thứ hai Xử lý ảnh nhận dạng người vật cản Thứ ba khả xây dựng đồ định vị vị trí robot đồ vẽ Cuối streaming video điều khiển robot từ xa qua mạng internet thông qua giao diện người dùng Một số sản phẩm Robot thám hiểm có mặt thị trường hình II THIẾT KẾ GIẢI PHÁP Vấn đề mạng Internet vũ trụ Mạng Internet vũ trụ hoạt động dựa vào mạng lưới dò gửi tín hiệu liệu vệ tinh, giống với vệ tinh liên lạc mà kỹ sư NASA mặt đất sử dụng để liên lạc với phi hành gia trạm không gian quốc tế ISS Và dường họ khơng thiếu thốn đồ dùng cơng nghệ ngồi khơng gian Các phi hành gia có laptop làm việc, kể laptop cá nhân để khu vực ngủ họ để truy cập Internet mức giới hạn email, dùng twitter, facebook, đọc tin tức Họ mang theo máy tính bảng để sử dụng nhiều tác vụ khác gọi video cho gia đình bạn bè mặt đất Qua tìm hiểu Internet chúng em biết, tín hiệu ping ngồi vũ trụ cao vệ tinh phải truyền tín hiệu xuống Trái Đất, băng thông không tệ Để online, phi hành gia phải kết nối vào kênh tín hiệu, kênh vốn dùng chung với tất phương tiện liên lạc khác trạm ISS Nó phục vụ cho cơng việc khác, chí đảm nhiệm liệu gửi từ hệ thống tàu vũ trụ đến trạm hay từ trạm xuống mặt đất Vì vậy, phi hành đồn tạm ISS muốn thay đổi nhiệt độ tăng độ cao trạm, tất tác vụ phải kĩ sư mặt đất điều khiển Hiện chất lượng Internet ngồi khơng gian mạnh, chuyển sang sử dụng hệ thống truyền tín hiệu laser Các kĩ sư thử truyền video chất lượng cao từ trạm ISS xuống mặt đất tia laser Đây cách truyền tín hiêu nhanh vào sử dụng tương lai, NASA cho biết Thiết kế Robot IoRT thám hiểm vũ trụ: Mục tiêu đề tài xây dựng Robot IoRT với khả tự di chuyển không bị va chạm với khả giám sát điều khiển từ xa qua mạng Internet Robot IoRT áp dụng vào lĩnh vực thám hiểm nên vào nơi nguy hiểm để thay người Yêu cầu khả tự vận hành khả tránh vật cản Robot di chuyển môi trường nhiều vật cản nên phải có khả tránh vật cản tự động Dùng camera Kinect với hệ thống cảm biến camera đảm nhiệm vai trò xác định vật cản tính tốn khoảng cách… Để giao tiếp từ xa, Robot phải thực chức streaming video audio thời gian thực, máy tính thực xử lý streaming video từ Robot đến người dùng qua mạng Đồng thời máy tính nhận lệnh điều khiển từ người dùng truyền xuống Robot 3 Mơ hình thực Người sử dụng máy tính điện thoại thông minh điều khiển Robot từ xa thông qua WebRTC Trong điều khiển, người dùng xem luồng video stream từ Robot thời gian thực Nhóm tự thiết kế lắp ráp khung Robot với động cơ, nguồn, vi điều khiển… Khung Robot phải chịu tải trọng Robot có hình dạng giúp Robot dễ dàng di chuyển có laptop kèm theo Laptop nhận liệu từ camera phát trực tiếp cho người dùng từ xa thông qua WebRTC Đồng thời laptop thực hiên xử lý liệu nhận từ vi điều khiển để tính tốn vị trí Robot Laptop thực vẽ đồ môi trường từ thơng tin vị trí vật cản đo qua Kinect Sau có đồ, Robot tự di chuyển đến đích tránh va chạm đường Thiết kế phần cứng 4.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống Robot IoRT thám hiểm yêu cầu hệ thống có khung khí, ngoại vi mạch điều khiển đáp ứng yêu cầu xử lý stream camera, tự vận hành tránh vật cản, điều khiển tự hành từ xa Từ yêu cầu trên, phần cứng sử dụng gồm: khung xe, camera Kinect, vi điều khiển giao tiếp với ngoại vi máy tính, động DC bao gồm encoder, cầu H để điều khiển động cơ, bo mạch kết nối ngoại vi với vi điều khiển, cảm biến IMU đo góc quay Robot, nguồn điện cấp cho hệ thống, máy tính cài đặt hệ thống ROS hệ điều hành Linux hình 4.2 Thiết kế phần khí Với chức Robot tự hành tránh vật cản, phần cứng thiết kế với hình dạng khung xe rùa hình Với hình dạng này, Robot đựa vào bán kính khung xe khoảng cách đến vật cản xung quanh, sau máy tính thực thuật tốn tránh vật cản để đưa định di chuyển cho Robot Tải trọng Robot bảng Lập trình giao tiếp ngoại vi với vi điều khiển Giới thiệu thư viện Tivaware Tivaware thư viện viết Texas Instrument cho phép truy cập đến module ngoại vi dòng vi điều khiển Tiva cách dễ dàng Những điểm bật thư viện Được viết hồn tồn ngơn ngữ C với cấu trúc hàm dễ hiểu, gợi nhớ Sách hướng dẫn chi tiết cách sử dụng ngoại vi chế độ thông dụng Được thiết kế để sử dụng hiệu nhớ luồng xử lý Được cập nhật thường xuyên để tối ưu hóa việc sử dụng phần cứng dòng Tiva Từ đặc điểm trên, việc lập trình giao tiếp cac module ngoại vi hệ thống dựa cac hàm thư viện Tivaware ... Robot thời gian thực Nhóm tự thiết kế lắp ráp khung Robot với động cơ, nguồn, vi điều khiển… Khung Robot phải chịu tải trọng Robot có hình dạng giúp Robot dễ dàng di chuyển có laptop kèm theo Laptop... hình dạng này, Robot đựa vào bán kính khung xe khoảng cách đến vật cản xung quanh, sau máy tính thực thuật toán tránh vật cản để đưa định di chuyển cho Robot Tải trọng Robot bảng Lập trình giao tiếp... cho biết Thiết kế Robot IoRT thám hiểm vũ trụ: Mục tiêu đề tài xây dựng Robot IoRT với khả tự di chuyển không bị va chạm với khả giám sát điều khiển từ xa qua mạng Internet Robot IoRT áp dụng