Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội Luận văn thạc sĩ khoa học ngành : học kỹ thuật Nghiên cứu động học động lực học mobile robot bánh lăn nguyễn hải sơn Hà NộI - 2006 MC LC Li cảm ơn Lời nói đầu CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MOBILE ROBOT 1.1 Giới thiệu 1.2 Một số ứng dụng mobile robot 1.3 Các loại chuyển động mobile robot 12 1.3.1 Robot di động chân (legged mobile robot) 14 1.3.2 Robot di chuyển xích (tracked mobile robot) 15 1.3.3 Robot di chuyển bánh lăn (wheeled mobile robot) 16 1.3.4 Các loại bánh lăn dùng cho mobile robot 16 1.3.4.1 Bánh lăn kiểu bình thường (conventional wheel) 16 1.3.4.2 Bánh lăn kiểu Thụy Điển (Swedish wheel) 18 CHƯƠNG CƠ SỞ ĐỘNG HỌC VẬT RẮN 2.1 Vị trí hướng vật rắn khơng gian 20 2.1.1 Hệ tọa độ vật 20 2.1.2 Ma trận côsin hướng 21 2.1.3 Ý nghĩa ma trận côsin hướng 23 2.2 Mô tả tối thiểu hướng 24 2.2.1 Góc Euler 25 2.2.2 Góc YPR 26 2.4 Tọa độ ma trận biến đổi tọa độ 28 2.4.1 Tọa độ 28 2.4.2 Ma trận biến đổi tọa độ 29 2.4.3 Ma trận Denavit-Hartenberg 31 2.5 Vận tốc điểm hệ tọa độ động 34 CHƯƠNG ĐỘNG HỌC MOBILE ROBOT DI CHUYỂN TRÊN MẶT PHẲNG 3.1 Mở đầu 35 3.2 Các giả thiết 35 3.3 Vị trí mobile robot 36 3.4 Liên kết động học bánh lăn 37 3.4.1 Bánh lăn cố định 38 3.4.2 Bánh lái tâm 40 3.4.3 Bánh lái lệch tâm 42 3.4.4 Bánh lăn kiểu Thụy Điển 42 3.5 Phương trình ràng buộc phân loại động học mobile robot 44 3.6 Bậc di động bậc lái 48 3.7 Bậc di chuyển (degree of maneuverability) 51 3.8 Bậc tự (degree of freedom) 52 3.9 Các ví dụ 53 3.10 Phương trình động học mobile robot 58 CHƯƠNG ĐỘNG HỌC MOBILE ROBOT DI CHUYỂN TRÊN BỀ MẶT PHỨC TẠP 4.1 Mở đầu 59 4.2 Phương pháp truy hồi 60 4.3 Động học bánh lăn có tính đến tượng trượt 61 4.4 Ví dụ phân tích động học robot JPL Sample Return 63 4.5 Các dạng động học mobile robot 68 4.5.1 Động học định vị (navigation kinematics) 69 4.5.2 Động học trượt (slip kinematics) 71 4.6 Bài toán mơ robot địa hình phức tạp 72 CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC MOBILE ROBOT DI CHUYỂN TRÊN MẶT PHẲNG 5.1 Giới thiệu 73 5.2 Phương trình Lagrange dạng nhân tử 73 5.3 Phương trình chuyển động mobile robot phẳng 74 5.4 Ví dụ 76 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TCP/IP VÀ WIFI 6.1 Mở đầu 78 6.2 Tổng quan giao thức TCP/IP 78 6.2.1 TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol) 79 6.2.2 UDP (User Datagram Protocol) 79 6.2.3 Internet Addressing 80 6.2.4 Các kiểu kết nối 80 6.3 Tổng quan WiFi 82 6.3.1 Sự khởi đầu 83 6.3.2 Hợp tiêu chí 83 6.3.3 Tìm tên gọi phù hợp 85 6.3.4 Đi vào sống 85 6.3.5 Con đường phía trước 86 6.4 Tổng quan WiMax 87 CHƯƠNG THIẾT KẾ MOBILE ROBOT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG CƠNG NGHỆ WIFI 7.1 Mơ hình mobile robot 88 7.2 Nguyên tắc hoạt động 88 7.3 Sơ đồ mạch điều khiển động từ cổng LPT 89 KẾT LUẬN 92 Tài liệu tham khảo 93 LỜI MỞ ĐẦU Một cách tổng qt phân chia robot làm hai loại mobile robot (robot di động) manipulator (tay máy) Thông thường tay máy cố định dây chuyền sản xuất Ngược lại, mobile robot có khả di chuyển, không cố định vị trí định Nhờ mà khơng gian hoạt động mobile robot lớn Nếu tay máy nghiên cứu ứng dụng cách nhiều thập kỷ robot di động thực phát triển mạnh khoảng thập kỷ gần Các nghiên cứu đại thể chia làm hai lĩnh vực tìm đường điều khiển chuyển động Với mục đích sâu nghiên cứu lĩnh vực mobile robot mẻ này, luận văn trình bày phương pháp tính tốn động học thiết lập phương trình chuyển động robot di động bánh lăn Những kết cần thiết để giải vấn đề định vị điểu khiển Đồng thời, luận văn đưa phương pháp điều khiển robot từ xa dùng công nghệ không dây WiFi thông qua việc thiết kế, chế tạo mobile robot cụ thể Hai hướng tiếp cận để phân tích động học mobile robot phương pháp hình học phương pháp biến đổi tọa độ Phương pháp hình học [13] trực quan bị giới hạn vào cấu hình robot Muir Newman [11] sử dụng quy tắc đặt tọa độ Sheth-Uicker phép biến đổi ma trận để tính tốn động học cho mobile robot di chuyển mặt phẳng Tarokh McDermott [9] dùng ma trận Denavit-Hartenberg giải toán động học mobile robot di chuyển bề mặt phức tạp Các phương pháp có điểm chung phải dùng phép toán đạo hàm ma trận cân hệ số, tính tốn phức tạp Luận văn trình bày phương pháp truy hồi [10], dùng ma trận quay để tính tốn Phương pháp khơng sử dụng phép đạo hàm ma trận, dễ thực phương pháp Với mục đích trình bày trên, luận văn có hai phần Phần đầu luận văn, tác giả trình bày phương pháp phân tích động học động lực học mobile robot di chuyển bánh xe Phần bao gồm chương 1, 2, 3, Chương giới thiệu chung loại mobile robot Chương trình bày sở lý thuyết động học vật rắn Chương nêu lên phương pháp phân tích động học phân loại mobile robot phẳng dựa hai khái niệm bậc di động bậc lái [6] Chương đề cập tới phương pháp truy hồi tính toán động học mobile robot di chuyển bề mặt phức tạp Chương thiết lập phương trình chuyển động dựa phương trình Lagrange Phần thứ hai luận văn gồm chương giới thiệu mạng TCP/IP việc điều khiển robot Chương mô tả chi tiết việc áp dụng công nghệ WiFi để điều khiển từ xa mobile robot Chương thiết kế, chế tạo mobile robot điều khiển từ xa, có khả truyền hình ảnh CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MOBILE ROBOT 1.1 Giới thiệu Hình 1.1 Robot hàn KUKA robot song song SIG Demaurex Ngày nay, robot đạt thành tựu to lớn sản xuất công nghiệp Tay máy (manipulator) ngành công nghiệp trị giá tỷ USD [1] ngày phát triển mạnh Tay máy di chuyển với tốc độ độ xác cao để thực động tác lặp lặp lại hàn hay sơn (hình 1.1) Trong cơng nghiệp điện tử, tay máy đặt linh kiện với độ siêu xác, tạo nên thiết bị tinh vi điện thoại di động hay máy tính Tuy nhiên, với thành cơng đó, tay máy thương mại có chung nhược điểm thiếu di động Các tay máy cố định hoạt động không gian bị giới hạn quanh vị trí Ngược lại, mobile robot di chuyển, tạo nên khơng gian hoạt động lớn Chương giới thiệu số ứng dụng mobile robot loại chuyển động mobile robot 1.2 Một số ứng dụng mobile robot Các nơi người khơng có khả đến Hỏa, người ta phải dùng robot tự hành với cấu trúc đặc biệt robot Sojourner (hình 1.2) sử dụng nhiệm vụ tìm kiếm sống Hỏa năm 1997 Robot hoàn toàn điều khiển từ xa từ trái đất Tuy nhiên, robot có số sensor trang bị giúp di chuyển cách độc lập Hình 1.2 Mobile Robot Sojourner © NASA/JPL Trong mơi trường nguy hiểm mơi trường khó tới chí trái đất, mobile robot nghiên cứu sử dụng để thay người ví dụ hình 1.3 robot Pioneer, thiết kế để dị tìm kiểm tra nồng độ phóng xạ thảm họa Chernobyl Hình 1.4 robot MBARI’s ALTEX AUV hoạt động đáy biển Hình 1.3 Robot Pioneer © Wide World Photos Hình 1.4 Robot MBARI’s ALTEX AUV Todd Walsh © 2001 MBARI 10 Trong số trường hợp, phức tạp cấu tạo robot thường khiến người điều khiển robot trực tiếp hoạt động Con người đưa dẫn vị trí hoạt động cần thiết, robot tự điều chỉnh hoạt động dựa điều khiển người để di chuyển hoạt động xác Ví dụ robot Plustech (hình 1.5) thiết kế để di chuyển thành gỗ sau khai thác khỏi rừng Robot tự điều chỉnh tọa độ hoạt động chân robot người điều khiển phải đưa hướng cho robot Hình 1.5 Robot Plustech (http://www.plustech.fi) © Plustech 86 tính nhận mạng Mức địa IP máy tính (ví dụ: 131.136.196.2) mức thứ hai mức người đọc từ địa (ví dụ: manitou.cse.dnd.ca) Cách định địa nhìn chung sử dụng ARP (Address Resolution Protocol) sử dụng máy tính để phân tích địa IP thành địa phần cứng tương ứng 6.2.4 Các kiểu kết nối Có hai loại máy tính nối vào Internet là: server client Các Server (hay gọi máy chủ) hiểu người cung cấp thơng tin Bao gồm tài ngun liệu có sẵn cho máy khác mạng truy cập sử dụng Cịn loại thứ hai kết nối đến Internet client (hay cịn gọi máy khách), hiểu người lấy thông tin Các máy khách truy cập vào mạng lấy tài nguyên liệu đặt máy chủ mà không cung cấp tài nguyên tới máy chủ Cả máy chủ máy khách kết nối tới Internet với phương pháp khác nhau, phương pháp khác đưa khả truyền thông khác phụ thuộc vào tải mạng Kết nối Direct : máy tính kết nối trực tiếp đến Internet thông 16T 16T qua giao diện mạng cho phép người dùng có chức cao Mỗi máy tính kết nối theo cách phải có địa Internet cần thiết Loại kết nối loại đắt Kết nối Serial : loại kết nối SLIP (Serial Line Internet 16T 6T Protocol) hay PPP (Point to Point Protocol) Cả hai cách thức cho dịch vụ giống đường modem nối tiếp (serial) Từ kết nối đưa chức TCP/IP ICMP đầy đủ máy tính cấu hình 87 trường hợp yêu cầu địa Internet Loại kết nối theo yêu cầu dịch vụ, tốc độ thấp hơn, giảm tải có lỗ hổng Internet cịn lại kết nối “sống” Một điểm quan trọng tra viên bảo mật mạng cần nhớ hầu hết kết nối TCP dial-up, SLIP PPP, ấn định địa IP đến thiết bị kết nối động Điều nghĩa rằng, hệ thống dial-up đến ISP (Internet Service Provider), ISP gán cho địa điểm Nó có nghĩa rằng, địa người dial-up thay đổi lần hay nhiều lần hệ thống kết nối Điều gây số vấn đề nghiêm trọng cho nhà bảo mật họ cố gắng lần theo truy cập đằng sau firewall router ghi để ghi địa IP cụ thể Kết nối truy cập Host : loại hạn chế truy cập mạng 16T 16T account người dùng host kết nối trực tiếp đến Internet Sau người dùng sử dụng thiết bị kết cuối để truy cập vào host việc sử dụng kết nối nối tiếp chuẩn Loại kết nối đơn giản truy cập Kết nối Sneaker-Net : loại kết nối đơn giản, có từ máy 16T 16 T tính khơng có kết nối điện Tuy nhiên lại loại an tồn hacker khơng thể truy cập trực tiếp đến máy tính người dùng Ở đây, thông tin chương trình u cầu máy tính chúng phải biến đổi từ máy tính nối mạng đến máy tính người dùng thơng qua mơi trường từ tính tay Tất máy tính với kết nối direct, SLIP, PPP phải có địa IP riêng chúng thành viên làm cơng tác bảo mật phải có kiến thức lỗ hổng liên quan đến kết nối Với kênh truyền thơng, làm việc theo hai cách: việc có người dùng truy cập đến Internet từ Internet có truy cập đến người dùng Vì vậy, máy tính phải bảo vệ 88 bảo đảm Internet phải có truy cập giới hạn 6.3 Tổng quan WiFi Như giới thiệu giao thức TCP/IP tập hợp quy ước để truyền liệu, khơng phụ thuộc vào cách truyền liệu có dây hay khơng dây Mạng không dây bước tiến lớn ngành máy tính Năm ngối, hàng chục triệu thiết bị Wi-Fi tiêu thụ dự báo năm có khoảng 100 triệu người sử dụng Với mục tiêu chế tạo mobile robot điều khiển từ xa tương thích với thiết bị cầm tay thời PDA hay Smartphone, tác giả sử dụng WiFi để truyền liệu điều khiển 6.3.1 Sự khởi đầu Năm 1985, Ủy ban liên lạc liên bang Mỹ FCC (cơ quan quản lý viễn thông nước này), định “mở cửa” số băng tần giải sóng khơng dây, cho phép sử dụng chúng mà khơng cần giấy phép phủ Đây điều bất thường vào thời điểm Song, trước thuyết phục chuyên viên kỹ thuật, FCC đồng ý “thả” giải sóng cơng nghiệp, khoa học y tế cho giới kinh doanh viễn thông Ba giải sóng này, gọi “băng tần rác” (900 MHz, 2,4 GHz, 5,8 GHz), phân bổ cho thiết bị sử dụng vào mục đích ngồi liên lạc, chẳng hạn lị nướng vi sóng sử dụng sóng vơ tuyến radio để đun nóng thức ăn FCC đưa băng tần vào phục vụ mục đích liên lạc dựa sở: thiết bị sử dụng dải sóng phải vòng để tránh ảnh hưởng việc truy cập từ thiết bị khác Điều thực công nghệ gọi phổ rộng (vốn phát triển cho quân đội Mỹ sử dụng), có khả 89 phát tín hiệu radio qua vùng nhiều tần số, khác với phương pháp truyền thống truyền tần số đơn lẻ xác định rõ 6.3.2 Hợp tiêu chí Dấu mốc quan trọng cho Wi-Fi diễn vào năm 1985 tiến trình đến chuẩn chung khởi động Trước đó, nhà cung cấp thiết bị không dây dùng cho mạng LAN Proxim Symbol Mỹ phát triển thiết sản phẩm độc quyền, tức thiết bị hãng liên lạc với hãng khác Nhờ thành công mạng hữu tuyến Ethernet, số công ty bắt đầu nhận việc xác lập chuẩn không dây chung quan trọng Vì người tiêu dùng dễ dàng chấp nhận cơng nghệ họ khơng cịn bị bó hẹp sản phẩm dịch vụ hãng cụ thể Năm 1988, cơng ty NCR, muốn sử dụng dải tần “rác” để liên thông máy rút tiền qua kết nối không dây, yêu cầu kỹ sư họ có tên Victor Hayes tìm hiểu việc thiết lập chuẩn chung Ơng với chuyên gia Bruce Tuch Trung tâm nghiên cứu Bell Labs tiếp cận với Tổ chức kỹ sư điện điện tử IEEE, nơi mà tiểu ban có tên 802.3 xác lập chuẩn mạng cục Ethernet phổ biến Một tiểu ban có tên 802.11 đời q trình thương lượng hợp chuẩn bắt đầu Thị trường phân tán thời điểm đồng nghĩa với việc phải nhiều thời gian để nhà cung cấp sản phẩm khác đồng ý với định nghĩa chuẩn đề tiêu chí với chấp thuận 75% thành viên tiểu ban Cuối cùng, năm 1997, tiểu ban phê chuẩn tiêu chí bản, cho phép mức truyền liệu Mb/giây, sử dụng công nghệ dải tần rộng frequency hopping (tránh nhiễu cách chuyển đổi liên tục 90 tần số radio) direct-sequence transmission (phát tín hiệu dài gồm nhiều tần số) Chuẩn thức ban hành năm 1997 kỹ sư bắt đầu nghiên cứu thiết bị mẫu tương thích với Sau có phiên chuẩn, 802.11b (hoạt động băng tần 2,4 GHz) 802.11a (hoạt động băng tần 5,8 GHz), phê duyệt tháng 12 năm 1999 tháng năm 2000 Sau có chuẩn 802.11b, cơng ty bắt đầu phát triển thiết bị tương thích với Tuy nhiên, tiêu chí dài phức tạp với 400 trang tài liệu vấn đề tương thích cộm Vì thế, vào tháng 8/1999, có công ty bao gồm Intersil, 3Com, Nokia, Aironet (về sau Cisco sáp nhập), Symbol Lucent liên kết với để tạo Liên minh tương thích Ethernet khơng dây WECA 6.3.3 Tìm tên gọi phù hợp Mục tiêu hoạt động tổ chức WECA xác nhận sản phẩm nhà cung cấp phải tương thích thực với Tuy nhiên, thuật ngữ “tương thích WECA” hay “tuân thủ IEEE 802.11b” gây bối rối cộng đồng Công nghệ cần cách gọi thuận tiện người tiêu dùng Các chuyên gia tư vấn đề xuất số tên “FlankSpeed” hay “DragonFly” Nhưng cuối chấp nhận lại cách gọi “Wi-Fi” nghe vừa cơng nghệ chất lượng cao (hi-fi) người tiêu dùng vốn quen với kiểu khái niệm đầu đĩa CD cơng ty tương thích với khuếch đại amplifier hãng khác Thế tên Wi-Fi đời Cách giải thích “Wi-Fi có nghĩa wireless fidelity” sau người ta nghĩ Gần 91 đây, nhiều chuyên gia viết khẳng định lại WiFi thực tên đặt cho dễ gọi chả có nghĩa ban đầu 6.3.4 Đi vào sống Như công nghệ kết nối cục khơng dây chuẩn hóa, có tên thống đến lúc cần nhà vô địch để thúc đẩy thị trường Wi-Fi tìm Apple, nhà sản xuất máy tính nối tiếng với phát minh cấp tiến “Quả táo” tuyên bố hãng Lucent sản xuất điều hợp adapter với giá chưa đầy 100 USD họ tích hợp khe cắm Wi-Fi vào máy tính xách tay Lucent đáp ứng điều vào tháng 7/1999, Apple công bố xuất Wi-Fi lựa chọn dòng máy iBook họ, sử dụng thương hiệu AirPort Điều hoàn toàn làm thay đổi thị trường mạng khơng dây Các nhà sản xuất máy tính khác ạt làm theo Wi-Fi nhanh chóng tiếp cận với người tiêu dùng gia đình bối cảnh chi tiêu cho công nghệ doanh nghiệp bị hạn chế năm 2001 Wi-Fi sau tiếp tục thúc đẩy nhờ phổ biến mạnh mẽ kết nối Internet băng rộng tốc độ cao hộ gia đình trở thành phương thức dễ phép nhiều máy tính chia sẻ đường truy cập băng rộng Khi công nghệ phát triển rộng hơn, điểm truy cập thu phí gọi hotspot bắt đầu xuất ngày nhiều nơi công cộng cửa hàng, khách sạn, quán café Trong đó, Ủy ban liên lạc liên bang Mỹ FCC lần thay đổi quy định họ phép phiên Wi-Fi có tên 802.11g đời, sử dụng kỹ thuật dải phổ rộng tiên tiến gọi truy cập đa phân tần trực giao OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing) đạt tốc độ lên tới 54 Mb/giây băng tần 2,4 Ghz 6.3.5 Con đường phía trước 92 Những người ưa thích Wi-Fi tin cơng nghệ gạt lề hết kỹ thuật kết nối khơng dây khác Ví dụ, họ cho điểm truy cập hotspot cạnh tranh với mạng điện thoại di động 3G vốn hứa hẹn khả truyền phát liệu tốc độ cao Tuy nhiên suy luận bị thổi phồng Wi-Fi cơng nghệ sóng ngắn khơng cung cấp khả bao trùm rộng mạng di động, mạng ngày phát triển mạnh quy mô nhờ dịch vụ chuyển vùng (roaming) thỏa thuận tính cước liên quốc gia Tuy nhiên, vài năm nữa, hệ mạng dựa công nghệ WiMax, hay gọi theo tên kỹ thuật 802.16, đời trở nên phổ dụng Như tên mạng cho thấy, WiMax phiên phủ sóng diện rộng Wi-Fi với thơng lượng tối đa lên đến 70 Mb/giây tầm xa lên tới 50 km, so với 50 m Wi-Fi Ngoài ra, Wi-Fi cho phép truy cập nơi cố định có thiết bị hotspot (giống hộp điện thoại cơng cộng) WiMax bao trùm thành phố nhiều tỉnh thành giống mạng điện thoại di động Ở thời điểm này, Wi-Fi cơng nghệ mạng thống lĩnh gia đình nước phát triển TV, đầu đĩa, đầu ghi nhiều thiết bị điện tử gia dụng có khả dùng Wi-Fi xuất ngày nhiều Điều cho phép người sử dụng truyền nội dung khắp thiết bị nhà mà không cần dây dẫn Điện thoại không dây sử dụng mạng Wi-Fi có mặt văn phịng lâu dài, cơng nghệ truy cập khơng dây khó kẻ chiến thắng đua đường dài thiết bị Hiện nay, Wi-Fi tiêu tốn nhiều lượng thiết bị cầm tay chí ,chuẩn 802.11g khơng thể hỗ trợ ổn định cho đường phát video Và chuẩn mới, có tên 93 802.15.3 hay cịn gọi WiMedia, xúc tiến để trở thành chuẩn tầm ngắn cho mạng gia đình tốc độ cao, chủ yếu phục vụ thiết bị giải trí 6.4 Tổng quan WiMax Trên giới, công nghệ WiMax (World Interoperability for Microwave 9T Access: Khả khai thác liên mạng toàn cầu truy nhập vi ba) xu hướng cho tiêu chuẩn giao diện vô tuyến việc truy nhập không dây băng thông rộng cho thiết bị cố định, xách tay di động WiMax có nhiều ưu điểm vượt trội, tốc độ truyền dẫn liệu cao, có lên tới 70 Mb/s phạm vi 50 km, chất lượng dịch vụ thiết lập cho kết nối, an ninh tốt, hỗ trợ multicast di động, sử dụng phổ tần cấp phép không cấp phép Theo đánh giá chuyên gia, WiMax nhanh chóng vượt qua 9T cơng nghệ có Wi-Fi hay 3G, khả kết nối băng thông rộng tốc độ cao phạm vi rộng lớn Hơn nữa, việc cài đặt WiMax dễ dàng, tiết kiệm chi phí cho nhà cung cấp dịch vụ giảm giá thành dịch vụ cho người sử dụng Thêm vào đó, WiMax tạo điều kiện thuận lợi việc đưa dịch vụ truyền liệu khu vực nông thôn, vùng sâu, vùng xa nơi dân cư đơng đúc khó triển khai hạ tầng sở mạng dây dẫn băng rộng Vì thế, WiMax xem cơng nghệ có hiệu kinh tế cao cho việc triển khai nhanh khu vực mà cơng nghệ khác khó cung cấp dịch vụ băng thông rộng Về chất, Wi-Fi WiMax cung cấp kết nối băng thông 9T rộng cho khách hàng sử dụng máy tính xách tay phạm vi điểm nóng truy cập tồ nhà Tuy nhiên, bán kính phủ sóng hotspot WiFi hẹp Wimax, WiFi cần nhiều trạm hotspot Vì vậy, dịch 94 vụ khó triển khai rộng Mặt khác, có đơng người sử dụng WiFi tốc độ giảm xuống Đồng thời, chất lượng WiFi không tốt ADSL, không đảm bảo chế độ ưu tiên Wimax Mặc dù có nhiều ưu điểm vượt trội, theo nhận định chuyên gia viễn thơng Wimax khơng thay WiFi WiFi nhiều cửa hàng, gia đình, cá nhân sử dụng mạng nội bộ, thuận tiện tiết kiệm chi phí CHƯƠNG THIẾT KẾ MOBILE ROBOT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG CƠNG NGHỆ WIFI 7.1 Mơ hình mobile robot Hình 7.1 Mơ hình mobile robot Mobile robot dẫn động hai động điện chiều 12V Gắn thêm vào robot hai bánh thụ động bánh lái lệch tâm để tăng độ ổn định cho robot Trên thân robot đặt laptop Hai động điện điều khiển qua cổng LPT laptop Hướng robot thay đổi thay đổi tốc độ hai động khác Mobile robot trang bị webcam để truyền hình ảnh từ robot máy điều khiển 95 7.2 Nguyên tắc hoạt động Mobile robot dùng WiFi kết nối với máy điều khiển truyền hình ảnh thu từ webcam máy điều khiển Người điều khiển gửi tín hiệu điều khiển tới laptop đặt robot Laptop xuất liệu qua cổng LPT để điều khiển động Để tiến lùi, hai động quay tốc độ chiều Muốn thay đổi hướng động hoạt động động ngừng hoạt động Do dùng WiFi để truyền liệu nên thiết bị có sử dụng WiFi PDA hay Smartphone tương tác với robot 7.3 Sơ đồ mạch điều khiển động từ cổng LPT D12 U766 D11 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 R1_1 R2_4 R2_3 R2_2 R2_1 ACK BUSY PE SELECT ERROR DROLE1 RTR1 1K CON4 J392 CON5 J391 VCC R1_1 R1_2 R1_3 R1_4 D4 D5 D6 D7 D4 D5 D6 D7 ACK BUSY PE SELECT ERROR R1_3 D9 OPTO RIRF1 J393 J1 D10 R1_2 C C C C C C C C C C C C C C C C R1_4 10 11 12 13 14 15 16 DIODE SIP 1K CAT CHAN CON25 U67 1 8 J313 12V GND GND 10K QROLE1 12V R2_1 R2_2 R2_3 R2_4 RCS1 H1061 GND 0.1 QDC1 12V SIP9 10K CAT CHAN IRF540N/TO ROLE D7 LED GND R1 C8 C7 C6 C5 C C C C C1 C2 10uF 104 220 C212 R9 VCC 12V 104 GND DC2 J3 CONG TAC RTR2 QROLE2 GND H1061 QDC2 IRF540N/TO RIRF2 10K RCS2 0.1 GND 1K jac nguon 12V 6 8 12V GND~ 104 1 2200uF/50V + C213 GND~ C4 DIODE ROLE J2 DC1 J281 U77 12 V - 12V J271 7805 D4 DROLE2 J4 96 Hình 7.2 Sơ đồ mạch điều khiển J3 CONG TAC + 12V J2 GND~ C4 2200uF/50V GND~ - D4 jac nguon 12 V GND J4 7805 R9 12V VCC R1 220 C1 10uF C2 104 C5 C C6 C C7 C C8 C D7 GND LED 12V 12V Hình 7.3 Khối nguồn 5 6 DROLE1 J271 U67 104 4 3 ROLE DIODE RTR1 QROLE1 DC1_DIR H1061 GND 1K C212 QDC1 IRF540N/TO DC1_EN RCS1 0.1 GND RIRF1 10K Hình 7.4 Khối điều khiển động DC1 12V 12V 97 C213 DROLE2 J281 U77 DIODE DC2 2 ROLE 104 RTR2 QROLE2 DC2_DIR H1061 GND 1K QDC2 IRF540N/TO DC2_EN RCS2 0.1 GND RIRF2 10K Hình 7.5 Khối điều khiển động U766 D9 D0 D1 D2 R1_1 D10 R1_2 D11 R1_3 D12 R1_4 D3 C C C C C C C C C C C C C C C C 16 15 14 13 12 11 10 R2_1 DC1_EN R2_2 DC1_DIR R2_3 DC2_DIR R2_4 DC2_EN OPTO J391 J313 VCC R1_1 R1_2 R1_3 R1_4 12V R2_1 R2_2 R2_3 R2_4 SIP 1K CAT CHAN Hình 7.6 Khối cách ly SIP9 10K CAT CHAN 98 Hình 7.7 Mạch in KẾT LUẬN Luận văn trình bày phương pháp tính tốn động học thiết lập phương trình chuyển động robot di động bánh lăn Trong tác giả sử dụng phương pháp truy hồi, dùng ma trận quay để tính tốn động học mobile robot bề mặt phức tạp Đồng thời tác giả phân tích động học mobile robot di chuyển mặt phẳng sử dụng hai khái niệm bậc di động bậc lái 99 Ngoài ra, luận văn đưa phương pháp điều khiển robot từ xa dùng công nghệ không dây WiFi thông qua việc thiết kế, chế tạo mobile robot điều khiển từ xa TĨM TẮT LUẬN VĂN Với mục đích sâu nghiên cứu lĩnh vực mobile, luận văn trình bày phương pháp tính tốn động học thiết lập phương trình chuyển động robot di động bánh lăn Những kết cần thiết để giải vấn đề định vị điểu khiển Luận văn sử dụng phương pháp truy hồi, dùng ma trận quay để tính tốn động học mobile robot bề mặt phức tạp Phương pháp không sử dụng phép đạo hàm ma trận, dễ thực phương pháp thời Đồng thời luận văn nêu phương pháp phân tích động học phân loại mobile robot phẳng dựa hai khái niệm bậc di động bậc lái Ngoài ra, luận văn đưa phương pháp điều khiển robot từ xa dùng công nghệ không dây WiFi thông qua việc thiết kế, chế tạo mobile robot điều khiển từ xa Các từ khóa : mobile robot, bánh lăn, động học, động lực học, điều khiển từ xa 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Đạo (2002), Cơ học giải tích, Nxb Đại học quốc gia Nguyễn Thúc Hải (1997), Mạng máy tính hệ thống mở, Nxb Giáo dục Nguyễn Văn Khang (2003), Cơ sở học kỹ thuật, Nxb Đại học quốc gia Đỗ Sanh (1996), Cơ học, Tập phần Tĩnh học động học, Nxb Giáo dục Đỗ Sanh (1996), Cơ học, Tập phần động lực học, Nxb Giáo dục G Campotion, G Bastin, and B Dandrea-Novel (1996), “Structural properties and classification of kinematic and dynamic models of wheeled mobile robots”, IEEE Transactions on robotics and automation, Vol.12, (No 1) J J Craig (1989), Introduction to robotics 2nd ed, Addison-Wesley J.Garcia de Jalon and E.Bayo (1992), Kinematics and Dynamic simulation of multibody systems, Springer M Tarokh, G McDermott (2005), "Kinematics modeling and analyses of articulated rovers”, IEEE Transactions on robotics, vol 21, no.4 10 M Tarokh, G McDermott (2005), “Two approaches to kinematics modeling of articulated rovers”, Research Report N CSRR-02, Department of computer science, San Diego State University 11 P F Muir and C P Neumann (1987) "Kinematic modeling of wheeled mobile robots", J Robot Syst, vol 4, no 2, pp 282-340 12 P Mckerrow (1995), Introduction to robotics, Addison-Wesley 13 W Kim, B Yi, D Jin Lim (2004), “Kinematic modeling of mobile robots by transfer method of augmented generalized coordinates”, Journal of robotic system, Wiley Periodicals 14 Xiaoping Yun, Yoshio Yamamoto (1993), “Internal dynamics of a wheeled mobile robot” Proceedings of the 1993 IEEE/RSJ Yokohama Japan ... góc nghiêng lăn so với mặt phẳng bánh lăn Chuyển động bánh lăn bao gồm hai 46 chuyển động, chuyển động quay bánh lăn quanh trục bánh lăn chuyển động quay quanh trục lăn Hình 3.7 Cấu tạo bánh lăn. .. Hình 1.13 Robot Nanokhod robot Lunokhod 16 1.3.3 Robot di chuyển bánh lăn (wheeled mobile robot) Phần lớn mobile robot dùng bánh lăn để di chuyển, bánh lăn dễ điều khiển, ổn định chuyển động nhanh... bánh lăn Hình 1.19 Bánh lăn Thụy Điển 90 o 45 o P P P Hình 1.20 Robot Uranus Hình 1.20 mobile robot Uranus lắp bánh lăn kiểu Thụy Điển Robot chuyển động lên, xuống giống loại robot lắp bánh lăn