Nghiên cứu ứng dụng xử lý ảnh cho robot communications

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -o0o - LÊ ĐÌNH KHA NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS (IMAGE PROCCESSING APPLIED TO ROBOT COMMUNICATIONS) Chuyên ngành: Điện Tử – Viễn Thông Mã số ngành: 2.07.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2002 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy TIẾN SĨ LÊ TIẾN THƯỜNG tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu đóng góp ý kiến quý báo giúp hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn q Thầy Cô Khoa Điện – Điện Tử Trường Đại Học Kỹ Thuật tận tình giảng dạy giúp đở thời gian học trường Sau xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Kỹ Thuật Cao Thắng – Khoa Điện Tử Tin Học tạo điều kiện thời gian tài chính, giúp hoàn thành chương trình cao học điện tử viễn thông Ngày 20 tháng 11 năm 2002 LÊ ĐÌNH KHA NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN - NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG GIÁM KHẢO NGÀNH ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA YDZ CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc YDZ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Đình Kha Ngày tháng năm sinh: 08 – 08 - 1976 Chuyên ngành : KỸ THUẬT VÔ TUYẾN ĐIỆN TỬ Khóa (Năm trúng tuyển) : 11 (2000) Phái : Nam Nơi sinh: Tây Ninh Mã số : 02.07.01 I – TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG ƒ Nghiên cứu phương trình tuyến tính điều khiển robots ƒ Nghiên cứu phương pháp mô tả hình dạng nhận dạng ảnh ƒ Thi công phần cứng robors bậc tự do, viết chương trình nhận dạng ảnh dùng thuật toán quadtree giao tiếp PC qua com_port, ngôn ngữ lập trình C III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bảo vệ đề cương) : – – 2002 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ (Ngày bảo vệ luận án ): 27 –12 – 2002 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS LÊ TIẾN THƯỜNG VI HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT : PGS.TS NGUYỄN ĐỨC PHONG VII HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: TS NGUYỄN NHƯ ANH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ NHẬN XÉT CÁN BỘ NHẬN XÉT TS Lê Tiến Thường PGS.TS Nguyễn Đức Phong TS Nguyễn Như Anh Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua TRƯỞNG PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH TPHCM, ngày tháng năm 2003 CHỦ NHIỆM NGÀNH PHẦN MỞ ĐẦU GVHD: TS LÊ TIẾN THƯỜNG IMAGE PROCCESSING APPLIED TO ROBOT COMMUNICATIONS ABSTRACT Robotics is a science banch which is related to design and using Robots – It involves machines which can replace human to carry out some of works Robot controlling by image pattern of recognition is attracting topic and will have many applications in communications and industrial automatic fields… The construction of the kinetic equations uses to control robot’s joints and the linear algebra approach building sets of equations is very essential and important for operating of robots Image recognition is object classifying process which is shown following as a model and foist for them a layer basing on rules and standard model Image recognition is final stage of image proccessing systems Using image recognition defines position of object being problem which is interested in studying in Vietnam “IMAGE PROCCESSING APPLIED TO ROBOT COMMUNICATIONS” in this topic with main tasks follow as : Study image recognition theory in digital image proccessing Study kinetic controlling sets of equations for freedom steps of robot To confirm the theory, this topic also designs a robot model to take objects which are the standard model, then locate objects by using image recognition XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATION Trang KS: LÊ ĐÌNH KHA PHẦN MỞ ĐẦU GVHD: TS LÊ TIẾN THƯỜNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS TÓM TẮT Robotics ngành khoa học nghiên cứu thiết kế sử dụng Robot – liên quan đến nghiên cứu máy móc mà thay người thực số công việc Điều khiển Robot dùng nhận dạng ảnh đề tài hấp dẫn có nhiều ứng dụng to lớn nhiều lónh vực tự động công nghiệp, tự động viễn thông… Việc xây dựng hệ phương trình động học dùng điều khiển khớp robots sở đại số tuyến tính xây dựng hệ phương trình cần thiết quan trọng hoạt động robots Nhận dạng ảnh trình phân loại đối tượng biểu diễn theo mô hình gán cho chúng vào lớp dựa theo quy luật mẫu chuẫn Nhận dạng ảnh giai đoạn cuối hệ thống xử lý ảnh Dùng nhận dạng ảnh để xác định vị trí vật thể vấn đề quan tâm nghiên cứu Việt Nam “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS ” đề tài với mục tiêu sau:Nghiên cứu lý thuyết nhận dạng ảnh xử lý ảnh số, nghiên cứu hệ phương trình điều khiển động học cho bậc tự robot Để kiểm chứng lý thuyết, đề tài thiết kế mô hình robot để gắp vật thể theo mẫu định trước, định vị vật thể dùng nhận dạng ảnh XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATION Trang KS: LÊ ĐÌNH KHA PHẦN MỞ ĐẦU GVHD: TS LÊ TIẾN THƯỜNG PREFACE Robots used in automatic machine chain for industrial and communications are interested in Viet Nam Today, robots or machines are used more and more for replacing human in many works However, most of them just perform tasks exactly which have been set by programs The communication between human and robots is not natural, only by keyboard and input devices Nowaday with the developping of electronic andcommunications, there are also many researches to make the robot generation be more intelligent, and has capability interfacing to human by a natural language: Image (eyes), Speech (ears)… Robots can interface to human by images or speech called the robot communications In this Master graduation topic domain, I study the communications recognizing and processing images from a camera equipted on a robot arm model The topic is structured as follows: CHAPTER 1: ROBOTIC INTRODUCTION CHAPTER 2: KINETICS OF CONTROLLING ROBOT CHAPTER 3: SHAPE DESCRIPTION OF OBJECT CHAPTER 4: IMAGE RECOGNIZING CHAPTER : STEP MOTOR AND DRIVER FOR STEP MOTOR CHAPTER 6: PC INTERFACE WITH SERIAL PORT CHAPTER 7: EXECUTIVE ROBOT EXECUTIVE RESULT CONCLUSION OF TOPIC REFERRENCE XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATION Trang KS: LÊ ĐÌNH KHA PHẦN MỞ ĐẦU GVHD: TS LÊ TIẾN THƯỜNG LỜI NÓI ĐẦU Robots dùng dây chuyền tự động sở công nghiệp viễn thông vấn đề quan tâm Việt Nam Ngày nay, loại máy móc robots ngày thay người nhiều lónh vực Các hệ robot ngày đa năng, thực nhiều thao tác mà trước có người làm Tuy nhiên phần lớn robot thực hiên công việc định sẵn theo chương trình người máy khô khan không tự nhiên: thông qua bàn phím thiết bị nhập liệu khác Hiện , với công nghệ điện tử công nghệ thông tin phát triển mạnh, người ta cố gắng, nổ lực để tạo robot thông minh có khả giao tiếp với người tự nhiên như: tiếng nói, hình ảnh… Robots có khả giao tiếp với người tiếng nói, hình ảnh gọi robots communications Trong khuôn khổ đề tài tốt nghiệp cao học điện tử viễn thông, em nghiên cứu điều khiển communication robots dùng nhận nhận dạng xử lý hình ảnh từ camera Đề tài trình bày theo cấu trúc sau: CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ROBOTS HỌC (ROBOTIC) CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC ĐIỀU KHIỂN ROBOT CHƯƠNG 3: MÔ TẢ HÌNH DẠNG VẬT THỂ CHƯƠNG 4: NHẬN DẠNG ẢNH CHƯƠNG 5: TRUYỀN ĐỘNG BẰNG MOTOR BƯỚC CHƯƠNG 6: GIAO TIẾP MÁY TÍNH VÀ ROBOTS QUA SERIAL PORT CHƯƠNG 7: THI CÔNG MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐỀ TÀI KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATION Trang KS: LÊ ĐÌNH KHA MỤC LỤC GVHD: TS LÊ TIẾN THƯỜNG LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC Trang CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ROBOT HỌC (ROBOTIC) 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 1.2 ROBOTICS 1.3 ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.4 CẤU TRÚC CỦA BỘ THAO TÁC 1.5 MÔ HÌNH VÀ SỰ ĐIỀU KHIỂN CỦA CÁC BỘ THAO TÁC 1.5.1 MÔ HÌNH 1.5.2 ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG : ĐỘNG HỌC ĐIỀU KHIỂN ROBOT 8 10 13 17 17 15 19 2.1 VỊ TRÍ VÀ HƯỚNG CỦA MỘT LIÊN KẾT 19 2.2 MA TRẬN CHUYỂN VỊ 20 2.2.1 CÁC PHÉP QUAY CƠ BẢN 21 2.2.2 BIỂU DIỄN MỘT VECTOR 22 2.2.3 PHÉP XOAY MỘT VECTOR 23 2.3 SỰ KẾT HP GIỮA CÁC MA TRẬN XOAY 23 2.4 PHÉP QUAY THEO MỘT TRỤC TUỲ Ý 25 2.5 CÁC BIỂU DIỄN TỐI THIỂU CỦA SỰ ĐỊNH HƯỚNG 27 2.5.1 CÁC GÓC EULER 27 2.5.2 CÁC GÓC RPY 29 2.6 ĐỘNG HỌC TRỰC TIẾP 30 2.7 QUY ƯỚC DENAVIT-HARTENBERG 31 2.7.1 QUY ƯỚC DENAVIT – HARTENBERG 32 2.7.2 THỦ TỤC ĐIỀU HÀNH 34 2.8 ĐỘNG HỌC CỦA CÁC CẤU TRÚC BỘ THAO TÁC TIÊU BIỂU 37 2.8.1 CÁNH TAY LIÊN KẾT CHIỀU 38 2.8.2 CÁNH TAY CẦU 38 2.8.3 CỔ TAY CẦU 39 2.8.4 BỘ THAO TÁC STANFORD 41 2.9 PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC NGƯC 42 2.9.1 CÁC ĐIỀU KIỆN CỦA BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC NGƯC 42 2.9.2 LỜI GIẢI CỦA PHÉP BIẾN ĐỔI EULER 43 2.9.3 LỜI GIẢI CỦA PHÉP BIẾN ĐỔI RPY 45 CHƯƠNG : MÔ TẢ HÌNH DẠNG 47 3.1- GIỚI THIỆU 47 3.2 Mà SỐ DÂY CHUYỀN ( CHAIN CODES ) 48 3.3 SỰ GẦN ĐÚNG CỦA ĐƯỜNG CONG BẰNG PHÂN ĐOẠN TUYẾN 48 XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS Trang5 KS: LÊ ĐÌNH KHA CHƯƠNG 6:GIAO TIẾP MÁY TÍNH QUA SERIAL PORT GVHD:TS LÊ TIẾNTHƯỜNG inregs.x.dx=_COM1; inregs.h.ah=_INIT; inregs.h.al=BAUD; int86(INT_14,&inregs, &outregs); if(outregs.h.ah & MASK_01){ do{ inregs.h.ah=_RD; int86(INIT_14, &inregs, &outregs); iregs.h.ah=_INIT; inregs.h.al=BAUD; int86(INT_14, &inregs, &outregs); } while (outregs.h.ah!=96 && I++,TRIES);} if(i>=15) err_mes(0); } void send_ char(byte c) /* SENDS A CHARACTER THROUGH THE COMMUNICATION PORT */ */ TO THE ROBOT */ { int j=0; inregs.x.dx=_COM1; do{ iregs.h.ah=_STATUS; int86(INT_14, &inregs, &outregs);} while(j++=TRIES) err_mes(2); j=0; do{ inregs.h.ah=_WR; inregs.h.al=c; int86(INT_14, &inregs, &&outregs);} while(j++< TRIES && outregs.h.ah & MASK_01); if(j>=TRIES) err_mes(3); } char read_char(vooil) /* READS THE CHARACTER SEND BACK BY THE ROBOT */ /* VIA THE RS-232 PORT */ { XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS Trang109 KS: LÊ ĐÌNH KHA CHƯƠNG 6:GIAO TIẾP MÁY TÍNH QUA SERIAL PORT } GVHD:TS LÊ TIẾNTHƯỜNG int j=0; inregs.x.dx=_COM1; do{ inregs.h.ah=_STATUS; int86(INT_14, &inregs, &outregs);} while(j++< TRIES && (!(outregs.h.ah & MASK_01))); if(j>= TRIES) err_mes(2); j=0; do{ inregs.h.ah=_RD; int86(INT_14, &inregs, &outregs);} while(j++ = TRIES) err_mes(4); return (char)outregs.h.al; } voil err_mes(int n) /* DISPLAY THE VARIOUS ERROR MESSAGE AND QUITS PROGRAM */ { switch(n){ case 0: printf(“UNABLE TO INITIALISE RS323.”); break; case 1: printf(“CONTROLLER ERROR.”); break; case 2: printf(“STATUS ERROR IN RS232.”); bresk; case 3: printf(“UNABLE TO WRITE IN TO CONTROLLER”); break; case 4: printf(“UNNABLE TO READ FROM CONTROLLER.”); break; case 5: printf(“UNABLE TO HOME NEXT MOTOR.”); break;} exit(1); /* exit(1) quits the program after closing all file; exit(0) just quits */ } XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS Trang110 KS: LÊ ĐÌNH KHA CHƯƠNG 7: THI CÔNG MÔ HÌNH GVHD: TS LÊ TIẾNTHƯỜNG CHƯƠNG : THI CÔNG MÔ HÌNH 7.1 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA ROBOT Một hệ thống robot bao gồm cánh tay khí gồm nhiều khớp gắn liên kết với (số liên kết gọi bậc), công cụ để làm việc liên kết đầu cuối ( người ta gọi công cụ end-of- arm), điều khiển từ máy tính kết nối với hệ thống điều khiển ( teach station ) thiết bị lưu trữ chương trình, nguồn lượng khí nén thủy lực truyền động điện để điều khiển cánh tay máy (hình 7.1) Ngoài để có thông tin môi trường bên ngoài, hệ thống phải dùng thêm loạt cảm biến (cảm biến quang, cảm biến góc quay) Các cảm biến Thiết bị dạy đầu vào Nguồn lượng khí nén or thủy lực or motor Máy tính điều khiển robot Đóa lưu chương trình Cánh tay khí robot Công cụ end-of- arm Hình 7.1 : Sơ đồ cấu trúc chức robot 7.2 THI CÔNG ROBOT BẬC TỰ DO VÀ KHỚP XOAY (ẢNH ĐÍNH KÈM) 7.2.1 CẤU TRÚC MÔ HÌNH ROBOT THI CÔNG Tay robot cấu tạo gồm hộp đế bốn khớp : khớp xoay, hai khớp khủy khớp gắp Hộp đế có kích thước 40 x 35 x 10 cm dùng để đựng hộp Driver motor xoay cánh tay Khớp khủy 1: khối hình chóp cụt với đáy lớn hình chữ nhật 15 x 8.5 cm, đáy nhỏ hình chữ nhật 10 x 7.5 cm, cao 24 cm Khớp khủy có góc xoay tối XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS Trang111 KS: LÊ ĐÌNH KHA CHƯƠNG 7: THI CÔNG MÔ HÌNH GVHD: LÊ TIẾNTHƯỜNG đa 1200 quanh trục z gắn khớp xoay Khớp khủy chứa trục z truyền động cho khớp khủy Khớp khủy 2: hình dáng giống khớp với đáy lớn 10 x 7.5 cm, đáy nhỏ x cm, cao 20 cm, góc xoay tối đa 120 quanh trục z khớp Khớp chứa truyền động trục z khớp gắp Khớp gắp khớp cánh tay, có hình dáng giống khớp khủy với đáy lớn x cm, đáy nhỏ x cm,cao 21 cm Góc xoay tối đa khớp gắp 1600 Ở đáy nhỏ khớp gắp gắn ben kẹp điều khiển nén làm tay gắp Các truyền động khớp sử dụng step motor gắn qua giảm tốc với tỉ số truyền 120:1.Trên khớp gắp trang bị camera để nhận diện vật Hình 7.1 Mô hình tay robot thi công XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS Trang112 KS: LÊ ĐÌNH KHA CHƯƠNG 7: THI CÔNG MÔ HÌNH GVHD: LÊ TIẾNTHƯỜNG 7.2.2 HỆ PHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ KHI BIẾT TỌA ĐỘ CỦA ẢNH THEO TOẠ ĐỘ CỰC Sau đọc ảnh, dựa vào hình dạng ảnh hình dạng hộp điều khiển, ta tìm vị trí tương đối vật so với tâm khớp xoay góc lệch vật so với trục chuẩn Giá trị độ dài thật có sau nhân giá trị tương đối khoảng cách độ dài vật số a, số phụ thuộc vào chiềi cao camera so với vị trí mặt chọn làm chuẩn Tâm vật thể L α Góc khớp xoay Hình 7.2.2 : hệ trục robot bậc tự Sau tìm giá trị L góc α ta dựa vào hệ phương trình tính toán động học trực tiếp với tham số Denavit-Hartenberg đặc trưng bảng sau: XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS Trang113 KS: LÊ ĐÌNH KHA CHƯƠNG 7: THI CÔNG MÔ HÌNH GVHD: LÊ TIẾNTHƯỜNG Liên kết αi di νI L1 0 θ1 L2 0 θ2 L3 0 θ3 Ta có hàm động học trực công thức: ⎡c123 ⎢s 0 T3 (q ) = A1 A2 A3 = ⎢ 123 ⎢ ⎢ ⎣ − s123 c123 0 L1c1 + L2c12 + L3c123 ⎤ L1s1 + L2 s12 + L3 s123 ⎥⎥ ⎥ ⎥ ⎦ Với L1 ,L2,L3, lần lược chiều dài khớp 220mm, 200mm, 300mm C1 = Cos (θ1 ) C12 = Cos (θ1 +θ2 ) C123 = Cos (θ1 +θ2 +θ3) S1 = Sin (θ1 ) S12 = Sin (θ1 +θ2 ) S123 = Sin (θ1 +θ2 +θ3) Ta thấy góc quay góc Euler, toán nghịch cho ma trận xoay ⎡c123 ⎢s 0 T3 (q ) = A1 A2 A3 = ⎢ 123 ⎢ ⎢ ⎣ − s123 c123 0 L1c1 + L2c12 + L3c123 ⎤ L1s1 + L2 s12 + L3 s123 ⎥⎥ ⎥ ⎥ ⎦ giải toán ngược ta (tham khảo phần chương phần 2.9) θ1 = - ATAN2[L2S2 + (L1 + L2C2)] + ATAN2 (r1, r2) θ2 = ATAN2 (S2 ,C2) θ3 = ATAN2(S123, C123) - θ1 -θ2 Việc gắp robot thi công mô hình ta khớp trụ cao 220mm, ta cầ giải toán với giá trị trục Z0 = -220mm Khi ta tính vị trí vật cần gắp Đối với tay máy có số bậc tự thấp, không quan tâm nhiều đến quỹ đạo di chuyển, ta giải toán ngược phương pháp lặp nhằm giảm số phương trình đại số giảm giải thuật viết chương trình máy tính XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS Trang114 KS: LÊ ĐÌNH KHA CHƯƠNG 7: THI CÔNG MÔ HÌNH GVHD: LÊ TIẾNTHƯỜNG 7.3 THI CÔNG MẠCH GIAO TIẾP NỐI TIẾP 7.3.1 GIỚI THIỆU LINH KIỆN MAX232 MAX232 họ IC dùng biến đổi RS- 232TTL⇔RS-232-C C1+ V+ C1C2+ C2VT2OU R2IN T VCC GND T1OU T R1IN R1OU T T1IN T2IN R2OU MAX232 T 16 15 14 13 12 11 10 Họ IC từ MAX220-MAX249 sản xuất hãng Maxim cho truyền thông EIA/TIA-232E V.28/V.24, cụ thể cho ứng dụng mà sẵn điện áp ±12V Họ IC đặc biệt thích hợp cho hệ thống dùng pin có công suất thấp, chúng có chế độ hạ nguồn làm giảm công suất tiêu tán xuống 5μW MAX225, MAX233, MAX235, MAX245-MAX247 không cần linh kiện phụ bên ngoài, dùng cho nơi tiết kiệm không gian Các đặc điểm : • Nguồn cung cấp +5V (MAX231/MAX239 dùng nguồn +5V +12V) • Hạ nguồn công suất thấp nhận (MAX223/MAX242) • Hỗ trợ chuẫn EIA/TIA-232E V.28 • Nhiều nhận phát • Phát đứt mạch đường truyền (MAX243) Ta thấy MAX232 cần có tụ (mắc vào C1+ C1-, C2+ C2-, V+ nguồn dương, V- đất để biến đổi điện áp từ 0V đến 5V thành -12V đến +12V phù hợp cho truyền thông theo chuẩn RS-232 Ngoài có khuếch đại đảo nhằm chuyển từ mức TTL chuẩn RS-232 ngược lại 7.3.2 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ MẠCH TIÊU BIỂU Sơ đồ sau cho thấy khối bên MAX232 linh kiện mắc bên theo dạng chuẩn : XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS Trang115 KS: LÊ ĐÌNH KHA CHƯƠNG 7: THI CÔNG MÔ HÌNH GVHD: LÊ TIẾNTHƯỜNG 10uF + VCC C1+ C1C2+ +5V BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP -12V đến +12V V+ V- C2- 10uF + 10uF + 16 + +5V 10uF +5V 400K 11 T1IN T1OUT14 T1 RS-232 RS-232 OUTPUT OUTPU +5V TTL/CMOS INPUT 400K 10 T2IN 12 R1OUT T2OUT T2 R1 TTL/CMOS OUTPUT R1IN13 5K R2OUT R2 RS-232 INPUT R2IN 5K GND 15 7.3.3 KHỐI GIAO TIẾP MÁY TÍNH VÀ PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN CÁC KHỚP Khối đảm nhận vai trò truyền thông board điều khiển với máy vi tính qua cổng nối tiếp (theo chuẩn RS-232) XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS Trang116 KS: LÊ ĐÌNH KHA CHƯƠNG 7: THI CÔNG MÔ HÌNH GVHD: LÊ TIẾNTHƯỜNG U1 31 EA/VPP 19 XTAL1 18 XTAL2 P3.2/INTO P3.3/INT1 P3.4/TO P3.5/T1 PC P1.0/T2 P1.1/T2-EX P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P3.7/RD P3.6/WR PSEN ALE/PROG P3.1/TXD P3.0/RXD 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 17 16 29 30 11 10 AT89C52 U3 13 14 C1 SUB-D P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 RST 12 13 14 15 P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 R1IN T1OUT R2IN T2OUT C1+ R1OUT T1IN R2OUT T2IN C2+ 12 11 10 + + C2 SUB-D 10uF +5V V+ MAX232 C2V- 10uF + + C3 10uF C1- C4 10uF Từ sơ đồ mạch trên, ta thấy việc truyền thông diễn thông qua dây : TXD, RXD, GND Hình thức diễn phổ biến tốc độ máy vi tính cao, lúc xử lý Không phải lúc trước : có lúc máy vi tính làm việc phải kiểm tra xem máy vi tính làm xong chưa, xong thực việc truyền thông Đối với board điều khiển tốc độ chậm (cỡ vài MHz), thiết kế chuyên dụng (chỉ làm công việc đó) nên dó nhiên đáp ứng dễ dàng Do đó, ta bỏ hai bốn đường truyền MAX232 (bỏ R2 T2) Đầu board điều khiển thiết kế loại với đầu máy vi tính (loại male, giống chức chân) nên bắt buộc phải đấu chéo dây sơ đồ Chọn cổng nối tiếp vi điều khiển mode (SM0 = 1, SM1 = 1) để truyền bit liệu bit chẳn lẽ, có baudrate thay đổi Chương trình ngắt nối tiếp serial dùng cho vi xử lý 8951 ; -;INTERRUPT SERIAL ; -XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS Trang117 KS: LÊ ĐÌNH KHA CHƯƠNG 7: THI CÔNG MÔ HÌNH SER_ISR: JB CLR RI,IS_RXD TI PUSH MOV ACC A,#10101010B MOV POP GVHD: LÊ TIẾNTHƯỜNG SBUF,A ACC RETI IS_RXD: CLR RI PUSH ACC PUSH PSW MOV A,SBUF CJNE A,#0FFH,NO_IS_FF MOV R0,#DATAM SETB BIT_READY POP PSW POP ACC RETI NO_IS_FF: MOV @R0,A INC R0 CJNE R0,#DATAM+10,NO_IS_10 CLR BIT_READY NO_IS_10: POP POP PSW ACC RETI Ngoaøi chương trình vi xử lý 8951 phát xung điều khiển motor bước theo liệu từ máy tính qua chân P1.0 , ,P1.7 7.4 KHỐI DRIVER CHO MOTOR BƯỚC Khối có nhiệm vụ kích xung cho motor bước hoạt động Driver driver hãng Vexta (Nhật), dùng điều khiển động hai pha, có thông số kỹ thuật sau: Điện áp làm việc 100V cấp vào Hai ngõ vào cấp xung cho phép động quay theo chiều thuận Hai ngõ vào cấp xung cho phép động quay theo chiều ngược XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS Trang118 KS: LÊ ĐÌNH KHA CHƯƠNG 7: THI CÔNG MÔ HÌNH GVHD: LÊ TIẾNTHƯỜNG Sáu ngõ kích hoạt động cho motor bước Xung điện kích cho motor bước kích từ kit vi xử lý giao tiếp serial port 7.5 CAMERA CHỤP ẢNH Để có tín hiệu ảnh đầu vào ta dùng camera EZ151 Đài Loan sản xuất chạy phần mền ZLINK cho kèm Camera nhà sản xuất 7.6 NGUỒN CUNG CẤP Nguồn cung cấp cho mô hình gồm nguồn sau: Nguồn 100V cung cấp cho driver motor bước (dùng biến áp 220/100V) Các nguồn AC 12V, nguồn + 5V cung cấp từ IC ổn áp 7805 cho board vi xử lý giao tiếp máy tính qua serial port 7.7.KẾT QUẢ THI CÔNG MÔ HÌNH Trong trình thi công mô hình, có tham khảo số robots Tôi không vào phân tích lực, phân tích vật liệu, phân tích trọng tâm mà quan tâm nhiều đến phương pháp điều khiển robots Chương trình viết ngôn ngữ C , nhận dạng ảnh mono (B/W) đạt yêu cầu đề tài Hạn chế việc thi công mô hình: Mô hình robot thi công phần truyền động truyền động trực tiếp công suất motor bước, phải truyền qua giảm tốc nhằm tăng moment làm việc Do khớp nối khí có sai số ren truyền mô hình bị sai số tích lũy Việc xử lý nhận dạng ảnh, phụ thuộc vào tốc độ máy tính độ lớn không gian ảnh, tốc độ xử lý chậm nên chương trình xử lý với ảnh mono B/W XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS Trang119 KS: LÊ ĐÌNH KHA CHƯƠNG 7: THI CÔNG MÔ HÌNH GVHD: LÊ TIẾNTHƯỜNG KẾT LUẬN Robot học vấn đề quan tâm Việt Nam Nghành học mang lại lợi ích lớn trình công nghiệp hóa đại hóa đất nước Điều khiển Robot dùng nhận dạng ảnh đề tài hấp dẫn có nhiều ứng dụng to lớn nhiều lónh vực tự động công nghiệp, tự động viễn thông… Tuy nhiên việc nhận dạng ảnh toán khó khăn phức tạp phụ thuộc nhiều vào cấu trúc phần cứng ngành điện tử, viễn thông: tốc độ xử lý máy tính, độ phân giải camera… Quá trình nghiên cứu sâu vào tìm hiểu thuật giải mô tả hình ảnh nhận dạng ảnh Đồng thời nghiên cứu toán học để giải hệ phương trình động học robot nhiều bậc tự Kiểm chứng với mô hình Robot ba bậc tự khớp xoay, phụ thuộc camera nhà sản xuất tốc độ máy tính, việc kiểm chứng mô hình phải thực số thao tác thủ công chụp ảnh, đổi ảnh từ 16 bit màu sang monochorom ( black/white) hạn chế đề tài Mục tiêu đề tài đặt hoàn thành chưa trọn vẹn, mở hướng để nghiên cứu Robot Communications XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS Trang120 KS: LÊ ĐÌNH KHA CHƯƠNG 7: THI CÔNG MÔ HÌNH GVHD: LÊ TIẾNTHƯỜNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Điều khiển Robot dùng nhận dạng ảnh nghiên cứu thi công mô hình hoạt động đơn giản, giải thuật chưa tính tới nhiễu môi trường lên ảnh trước nhận dạng sai số tích lũy bậc tự Robot, để đề tài hoàn thiện hơn, đề tài cần phát triển theo hướng sau: Đọc ảnh nên xử lý chip cứng DSP để cải thiện tốc độ xử lý ảnh, lọc ảnh, sau nhận dạng ảnh Điều khiển khớp dùng Servo_motor vô cấp để có độ xác cao Hy vọng hướng nghiên cứu mang lại kết khả quan tương lai không xa chế tạo Robot thông minh phục vụ cho đất nước người Việt Nam XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS Trang121 KS: LÊ ĐÌNH KHA CHƯƠNG 7: THI CÔNG MÔ HÌNH GVHD: LÊ TIẾNTHƯỜNG TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Lê Tiến Thường, Trần Thanh Hùng, “NGHIÊN CỨU THỰC HIỆN NHẬN DẠNG TIẾNG NÓI CHO ROBOT COMMUNICATIONS DÙNG PHÉP BIẾN ĐỔI WAVELETS”, đề tài Cao học, 2000 WESLEY E.SNYDER , North Carolina State University, "INDUSTRIAL ROBOTS - COMPUTER INTERFACING AND CONTROL" , PRENTICE HALL INC, 1985 ISBN: 0- 13-463159-5 01 M ZELLER, K SCHULTEN , R SHARMA,Beckman Institute for Advanced Science and Technology University of Illinois at Urbana-Champaign, "VISIONBASED ROBOT MOTION PLANNING USING A TOPOLOGY REPRESENTING NEURAL NETWORK" ANDREW C STAUGAARD, "ROBOTICS AND AI - AN INTRODUCTION TO APPLIED MACHINE INTELLIGENCE " PRENTICE - HALL, 1987 ISBN: 0- 13- 782269- 025 P A JANAKIRAMAN, Indian institute of technology "ROBOTICS AND IMAGE PROCCESSING" Tata McGraw - Hill Publishing Company Limited 1995 ISBN: 0- 07-462167-X Lương Mạnh Bá - Nguyễn Thanh Thủy , XỬ LÝ ẢNH SỐ , Nhà xuất khoa học kỹ thuật T Le-Tien, et al, “WAVELETS AND NEURAL NETWORKS APPLIED TO ROBOT COMMUNICATIONS SIGNAL PROCESS”, Proceedings of 8th Conference on Science and Technology, 26&27th April, 2002, HoChiMinh University of Technology, Vietnam, pp 139-146 (in English ) XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS Trang122 KS: LÊ ĐÌNH KHA CHƯƠNG 7: THI CÔNG MÔ HÌNH GVHD: LÊ TIẾNTHƯỜNG Ioannis Pitas, “ DIGITAL IMAGE PROCESSING ALGORITHMS”, Prentice Hall International Series in Acoustics, Speech and Dignal Processing ISBN 0-13-145814-0 Jams A.Rehg, “ INTRODUCTION TO ROBOTICS – A SYSTEM APPROACH “, Prentice –Hall, 1985 ISBN 0-13-495581-1 10 Nguyễn Duy Nhật Viễn – “ROBOT CÔNG NGHIỆP”- Đại Học Bách Khoa Đà Nẳng – Năm 2001 XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS Trang123 KS: LÊ ĐÌNH KHA ... vấn đề quan tâm nghiên cứu Việt Nam “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS ” đề tài với mục tiêu sau :Nghiên cứu lý thuyết nhận dạng ảnh xử lý ảnh số, nghiên cứu hệ phương trình... GVHD: TS LÊ TIẾN THƯỜNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS TÓM TẮT Robotics ngành khoa học nghiên cứu thiết kế sử dụng Robot – liên quan đến nghiên cứu máy móc mà thay người... TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT COMMUNICATIONS II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG ƒ Nghiên cứu phương trình tuyến tính điều khiển robots ƒ Nghiên cứu phương pháp mô tả hình dạng nhận dạng ảnh