Nghiên cứu ứng dụng hệ thống các cảm biến hỗn hợp dùng cho robot thông minh tự quản trị

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Ш BÁO CÁO TỔNG HỢP ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤPĐHQGHN DO TR Ư Ờ N G QUẢN LÝ Mã số: QC.06.16 Chủ nhiệm đề tài: Trần Quang Vinh Đ Ạ I H Ọ C Q U Ố C G IA HÀ NỘI VỈỆN t r u n g т а м t h ô n g tin thư HÀ NỘI - 2007 MỤC LỤC N ội dung T n g Tóm tắt kết q cùa đề tài Main results o f project I.TÔNG Q U A N CÁC V Â N ĐỀ NGHIÊN c ứ u Robot robot di động thông minh Các cảm biến dùng cho việc định vị robot di động 2.1 M ột số cảm biển dùng robot 2.2, Một vài loại cảm biến dùng robot di động Dần đường robot di động tổng hợp cảm biển 3.1 Định nghĩa chức robot di động thông minh 20 20 3.2 Các mơ hình thiết kế cho robot thơng minh 21 3.3 Điều khiền robot di động thông minh 23 II NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ KÉT QUÀ Xây dựng robot di động với cảm biến siêu âm ảnh toàn phương 45 4.1 Kết cấu robot 45 4.2 Các cảm biển phận cảm nhận robot 46 4.3 Chương trình dẫn đường cho robot di động 51 4.4 Kết thực nghiệm 54 Xây dựng Cleaner-Robot CR sử dụng tổng hợp cảm biến 5.1 Thiết kế phần cứng 5.2 Xây dựng phát triển phần mềm điều khiển robot TÀ I LIỆU TH AM KH ẢO 65 66 PHỤ LỤC PHIẾU ĐẢNG K Ý KẾT QUẢ NGHIÊN NGHỆ 56 56 68 cứu KHOA HỌC CƠNG 84 T Ĩ M T Ẩ T C Á C K É T Q U Ả C H ÍN H C Ủ A Đ Ẻ T À I Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống cảm biền hỗn hợp dùng cho robot thông minh tự quản trị M ã số: QC.06.16 Chù t r i đề tài: Trần Quang Vinh Những kết a) K ết q uà kh oa học\ - Tạo 02 robot làm công cụ cho nghiên cứu dẫn đường sử dụng - 01 báo cáo Hội nghị Cơ Điện từ toàn quốc lần thứ 3，VCM 2006 cho làm môi trường b) Các mô-đun phần mềm sử dụng cho điều khiển robot khác K ết q uả p h ụ c vụ th ự c tế: - ứng dụng cho giảng dạy lý thuyết thực hành môn học “ Robotics” thực hành chứng minh cho môn học "K ỳ thuật Điều khiền” trường Đại học Công nghệ, ĐHQG HN - Làm mầu sản phẩm phục vụ thực tế quản lý môi trường - ứng dụng cho hướng dẫn sinh viên chế tạo sản phẩm cho nghiên cứu khoa học sinh viên điều khiển tự động c) K ết đào tạo: - Số sinh viên làm Khoá luận tốt nghiệp liên quan đến đề tài: 01 - Số sinh viên nghiên cửu khoa học liên quan đến đề tài: 01 - Số học viên sau đại học làm Luận văn liên quan đến dề tài: 03 d) K ểt quà nâng cao tiềm lự c khoa học: - Cỏ 01 robot di động thông minh hoạt động tự quản trị sở 16 cảm biến siêu âm, cảm biến ảnh toàn phương, 02 cảm biến lập mã quang cảm biến hồng ngoại dùng cho dẫn đường - Xây dựng 01 robot di động thông minh dùng làm môi trường (hút bụi) với cảm biến hồng ngoại, cảm biến tiếp xúc, cấu chấp hành hoạt động tự động phịng - Xây dựng số mơ-đun phần mềm dùng cho thị giác máy vả điều khiển cấu chấp hành dùng cho mục đích khác điều khiển tự động robotics e) T ình h ìn h s d ụn g k in h p h i: TT Tên mục Số tiền (đồng) Tỷ % 114 Chi phí thuê mướn: - Thuê gia công, lấp ráp chi tiết điện tử, khí 15.000.000 50% Chi phí nghiệp vụ chun mơn : - Chi mua vật tư linh kiện - Sách tài liệu (photocopy, in ấn dịch sách, ) - Chi khác (seminar khoa học, nghiệm thu, quản lý 15.000.000 50% Tổng cộng 30.000.000 100% - Thuê đo đạc số liệu, lấp ráp tống thể hệ thống - Thuê phát triển số mô-đun phẩn mềm đặc biệt 119 C H Ủ N H IỆ M ĐỀ T À I X Á C N H ẬN CỦ A ĐƠN V Ị (K ý ghi rõ họ tên) (ký ghi rõ họ tên) PGS.TS T rần Quang Vinh X Á C N H ẬN CỦ A C QUAN CHỦ QUẢN lệ M A IN R E S U LTS O F T H E P R O J F X T Title: Research and application on sensor fusion system used for intelligent autonomous robots Code: QC.06.16 Co-ordinator: Ass/Prof Dr Tran Quang Vinh Main results a) Scientific Signification: 02 robots served for traning, research purposes and environmental cleaning 01 scientific reports in the proceeding o f the 3th Vietnam Conference on Mechatronics VCM 2006 dated 12 October, 2006 Some software modules used for future researches b) Serving: Used for theoritical anf practical training on the subjects o f Robotics and also for the demotration practice o f the subject o f “ Control Technique” in College o f Technology, Vietnam National University in Hanoi Can use the Cleaner-Robot for environment and household commodities Used for instruction scientific research students and fabricating o f products ๒ the automation control field Training' - Number o f undergraduate theses related project: 01 - Number o f graduate students: 03 - Number o f Student’s Scientific Research: 01 In brief: 01 intelligent mobile autonomous robot has been fabricated based on sensors like 16 ultrasonic and infrared ones as well as one omni-directional camera for navigation This system had used for training in the faculty o f Electronics and Telecommunication Also 01 intelligent robot used for in-door cleaning is developed with some o f infrared sensors as well as optical encoder sensors Actuators for cleaning is also be taken into account in this mechanism We also developed some o f software modules used for machine vision fields NỘI DUNG BÁO CÁO CHÍNH Mục tiêu cùa đề tài thiết kế xây dựng phần cứng phần mềm cùa robot thông minh, tự quản trị với hệ thống có vài loại cảm biến đại : cảm biến siêu âm, hồng ngoại, đặc biệt cảm biến ảnh Trên sở xây dựng, phát triển số giải thuật tổng hợp cảm biến (sensor fusion), robot cỏ khả cảm nhận chấp hành linh hoạt số hoạt động như: bám tránh đối tượng chuyền động, mang xách di chuyền vật I T Ó N G Q U A N C Á C V Ấ N Đ Ẻ N G H IÊ N c u ROBOT V A RO BO T DI ĐỘNG TH ÔN G M IN H M ột robot gồm phận: Bộ p hậ n cảm nhận, điều khiển chấp hành Bộ phận cảm nhận có nhiệm vụ thu thập thông tin từ môi trường M ôi trường biết trước dược khơng biết trước Thơng tin nói đưa vảo điều khiển để xừ lý Thường phận điều khiển lả máy tính gồm xử lý nhớ giao diện ghép nối vào/ra Bộ phận chấp hành thực lệnh từ điều khiển để tác động trở lại môi trưởng Bộ điều khiển! Hình phận robot Nếu chương trình điều khiển cho phép hệ thống robot thực thao tác, hành vi độc lập sở biến môi trường nhận mà không theo đặt cụ thể trước cỏ thể gọi hệ rị b ot thơng minh Tất nhiên mức độ thơng minh từ đơn giản đến phức tạp Những máy chơi cờ tự động, robot nhận dạng vật thể, chọn lựa sản phẩm theo hình dạng, màu sàc, robot tránh vật cản đường vòng, nhận dạng lệnh theo ngôn ngữ tự nhiên, v.v thuộc loại Nếu chương trình điều khiển nạp tồn từ máy tính PC vào nhớ robot, lưu trữ theo kiểu cố định (không bay - non volatile) phép khời động, robot cỏ thể hoạt động độc lập không cần người điều khiển thi hoạt động kiểu tự quán trị Có số khác biệt quan trọng yêu cầu việc lắp đặt robot cố định truyền thống với yêu cầu hệ thống ro b ot d i động Một mối quan tâm hàng dầu trước môi trường vận hành cùa robot di động Đối với hệ thống robot cổ định, người ta thường xây dựng (thiết kế) khơng gian làm việc nhị để thực công việc robot cố định thường thực công việc lặp lặp lại môi trường xác định trước Đối với hệ thống robot di động, việc nhận biết môi trường làm việc yếu tố định tới “ hành động” cùa robot, ehi nhận biết đầy đủ thông tin mơi trường xung quanh robot di động cỏ thể thích ứng mơi trường làm việc khác Theo khái niệm, robot di động phải có số phận chuyển động Chuyển động dạng bánh xe, chân, cánh số cấu khác Việc lựa chọn cấu chuyển động lả dựa vào chức robot công việc robot cần phải thực Trong nhiều môi trường làm việc công nghiệp, bánh xe dạng chuyển động thích hợp Đối với hệ thống nghiên cứu ứng đụng khác, chân cánh cỏ thể giúp cho robot di động chuyển động địa hình mà robot khơng cỏ khà qua M ột nhân tố quan trọng thiết kế hệ thong robot di động khả mang theo thiết bị Thiết bị bao gồm nguồn điện tất phần cứng cảm biến vả xừ lý mà robot đòi hỏi Các thiết bị lắp đặt cùa robot cố định dược kết nối trực tiếp với nguồn điện xừ lý, không gian làm việc thường xác định trước kiểm sốt Hầu hết robot di động có trọng tải định, điều có thề dẫn tới giới hạn thiết kế hệ thống, đặc biệt ứng dụng hay bị giới hạn kích cỡ cân nặng Các thành phần bản, thông dụng hệ thống robot di động sử dụng thực tế chi hình Các khối cho hệ thống robot di động bao gồm phận cảm biến, phận dẫn đường, mô-đun lập kế hoạch, điều khiển chấp hành dùng để di chuyển robot tác động tới mơi trường Trong số phần cụ thề cùa robot di động phụ thuộc vào mục đích ứng dụng, hệ thống robot di dộng điển hình địi hỏi phải cỏ tất cà khối vận hành Thơng tin trạng thái môi trường xung quanh robot cung cấp với cảm biến nội cảm biển ngoại Thông tin xử lý trung tâm (có cài đặt sẵn chương trình, thuật tốn dẫn đường ) sir dụng để ước lượng trạng thái hệ thống, không chi bao gồm trạng thái bán thân robot mà trạng thái môi trường xung quanh Ước lượng sử dụng để lập kế hoạch hoạt động cùa robot phát lệnh cho cấu chấp hành cùa rotot Thõng tin trạng thái hệ thống cung cấp bời cảm biến nội cảm biến ngoại Thơng tin khối dẫn đường (có thể môđun phần cứng phẩn mềm, thường chương trinh phần mềm có khả tính tốn) sừ dụng để ước lượng trạng thái cùa hệ thổng Tín hiệu sau mơđun lập kế hoạch diều khiển sử dụng để phát lệnh gửi tới phận thao tác robot Cit cấu H ìn h C ác k h ố i c tr o n g ro b o t d i động Thiết kế hệ thống robot di động phần nhiều bị chi phối mục đích ứng dụng Khơng có giới hạn sổ lượng kết hợp thiết bị thao tác, phận cảm biến thuật toán điều khiển cho hệ thống robot di động Hơn nữa, luồng thông tin phạm vi hệ thống thay đổi tuỳ thuộc vào trình thực thi, có số thiết kế robot khác đáng kể so với robot trình bày hình Trong sổ trường hợp, liệu từ phận cảm biến trực tiếp cung cấp cho lên kể hoạch, điều khiển, cho phép hệ thống phản ứng nhanh với thay đổi mạnh mẽ mơi trường Do khơng có loại cảm biển hồn hào thích hợp cho ứng dụng, nên ngồi việc mong đợi thành tựu cơng nghệ vật liệu cho đời loại cảm biến tốt thi việc nghiên cứu áp dụng thuật giải tổng hợp liệu cấm biến cần thiết Điều đỏ cho thấy cần thiết phải gắn kết hữu phẩn cứng phần mềm cách hợp lý cho robot di động thông minh Căn vào mục tiêu đề tài, nội dung nghiên cứu tập trung vào xây dựng phát triển giải thuật tổng hợp sensor (sensor fusion) sờ thiết kể lấp ráp phần cứng robot di động thông minh tụ quản trị hoạt động dò đường phòng V i việc tổng quan nghiên cứu trình bày theo thứ tự CÁC C Ả M BI ÉN DÙNG CHO VIỆ C Đ ỊN H V Ị ROBOT DI ĐỘNG 2.1 M ột số cảm biến dùng robot Cảm biến (sensor) dụng cụ cho phép biến đồi dạng lượng đầu vào (thường dạng phi điện) thành lượng điện dạng tương tự hay số lối Cảm biển thường phân thành loại: thụ động tích cực Các cảm biến thụ động dựa vào môi trường để cung cấp phương tiện cho việc quan sát, thí dụ: camera cần lượng ánh sáng định để sàn hinh ảnh có thề dùng dược Các cảm biến tích cực phát lượng vào mơi trường để thay đồi để tăng cường Một cảm biến siêu âm phát âm thanh, nhận sóng phản xạ đo thời gian lan truyền cảm biến tích cực Tùy vào mục đích sử dụng, cảm biến thường phân thànhi : - Cám biến n ộ i ะ đặt tro n g thân robot ; cấu điện, điện từ, khí, thủy lự c , đế nhận thông tin phản hồi vị tri cùa phận robot - Cám biến ngoại : loại giúp cho robot giao tiếp với môi trường bên ngồi, phản ánh thơng tin mơi trường xung quanh tới điều khiển robot Như cảm biến ảnh cho phép robot quan sát hỉnh ảnh môi truờng xung quanh, cảm biến khoảng cách cho phép robot ước lượng khoảng cách từ đến đối tượng 2.2 M ộ t v i lo ại cảm biến dùng cho ro b o t d i động 2.2.1 Các cảm biến nội tự cảm nhận Qúa trinh tự cảm nhận robot đo tín hiệu phát Nhiều mơtơ robot có lập mã trục quay cho phép thực việc đo số vòng quay Nếu tỷ số bánh truyền đường kính bánh xe biết trước tính số vịng quay rnơtơ số vịng quay bánh xe robot từ xác định robot bao xa Có thể liệt kê vài loại cảm biến tự cảm nhận sau: a) Cảm biến lậ p m ã quang, cảm biến loại dùng cho phương pháp đo quãng đường robot (phương pháp thường gọi lả odom etry hay dead reckoning) Nó cho phép biết vận tốc góc hay vận tốc dài bánh xe chuyển động robot, từ tính qâng đường biết vị trí robot Loại đơn giản cùa lập mã quang loại đo vận tốc góc (tachometer encoder) Đó cấu khí đóng-ngất ánh sáng (chopper), phát chuối xung hinh sin hay vuông xác định ứng với vịng quay cùa trục bánh xe Hình sau lập mã quang bước loại vuông pha kênh Siate Ch A ร, Họh ร? High Sj Uw Ch В Low Ніф Lew Hình Đĩa cỏ khe chắn sáng tín hiệu lập mã quang, b) Cảm biển D o pp le r đo vận tốc chuyển động', hệ thống dẫn đường Doppler thường dùng dẫn đường hàng hải hàng không đo vận tốc vật chuyển động mặt đất Nguyên lý hoạt động dựa độ dịch chuyến tần số Doppler quan sát lượng sóng phát phản xạ bề mặt cùa vật chuyển động so với nguồn phát sóng Hệ đo biển thường dùng sóng phát sóng âm hệ thống đo hàng hông lại dùng sóng siêu cao tần RF Các cảm biến radar thường lắp nghiêng 45 độ so với mặt đất hình sau Tốc độ chuyển động V A nhận từ vận tốc V D đo được: VA = ^ - = -cosar 2F0 c o s a ะ V A= vận tốc đất dọc theo đường bay Vp = Vận tốc Doppler đo a = góc nghiêng с = vân tốc ánh sáng ' Fp = tản số dịch Doppler đo N| F0 = tần số phát c) Hình Cảm biến Dopler Các cảm biển c h ỉ h n g (heading sensor): Các cảm biến loại ch o phép b ù tr sai lệch phương pháp odometry mấc phải hướng Hệ thống định vị quán tinh IN S (inertial navigation system) sử dụng cảm biến loại Máy bay, tàu thuỷ thường dùng hệ INS Khi chuyển động trở nên (không cỏ đột biến phanh gap, tăng tốc gấp), cảm biến cho độ xác cỡ 0,1 % quãng đường đươc Nó đo chuyển động qua cảm biến gia tốc điện tử Tuy nhiên kỹ thuật không 10 + H â # f 拥 | | ề fia s 舰 Ť향 cvReleasgl Ịi h ệ đ iề u k h iê n c ó d n g : 0^Ịp(&masks); L ( s ) ^= -els§fufidp=ỹ^ + 50 ノ 4uả đ0 h๒ h vẽ sau： { CvMemStorage* stor; CvSeq* cont,*pcont=NULL; stor = cvCreateMemStorage(O) cont = cvCreateSeq(CV_ร ีE Òf s^q), sizeof(CvPoint), slor); CvSize 5Z = cvSiza( img.>ựiidth |img Ipllmage* timgs = cvG fteátelm ag^z, Ipllmage* m askls = cvCileatelnragefs:, 'p|lma9e* s識 !2faâ級는J?^á9e(sz- 8' CvPoint pt1 pt2,ptř' double area, amax CvRect rect; cvCvtColor{img, timgs, CV_BGR2YCrCb); cvColorDetectl (timgs 1masks,40,130,117,124,159,164); IplConvKernel* m Kernel=cvCreateStructuringElementEx(2,2,0,0,CV_SHAPE_RECT); cvᄐ rode(masks mask1s.m_Kernel,1); cvDilate(mask1 s.masks, NULL.2): cvNot(masks, masks); cvFinơContours( masks, stor, &cont, sizeof(CvContour), CV_RETR_UST CV_CHAIN APPROX_NONE); while(cont) { area = cvContourArea(cont, c v WHOLE_SEQ); if(area > 30 &&area >amax) cont = Cont->h next; } ᅭ if(pčont != NULL) { pcọnt->h_next = NULL; r e d = cvBoundingRect(pcont, 0); p t1 x = rect.x; pťl.y = rect.y; pt2.x = rect.x + rect.width; pt2.y = rect.y + rect height; cvRectangle(img pt11pl2, e v RGB(255 0, 0), 2); pt.x=(pt1.x+pt2.x)/2-xc; t3t.y=(pt1.y+pt2.y)/2-yc; double dst=sqrt({pt.x*pt.x + pt.y*pt.y)); if (dst>R && dst t2+1)&&(tick_Rot t4+TAdd){ iic k -Rot = t2+1; TAdd+=10; if(T A d d > 150){ TAdd = 1; Direct = Invert(Direct); PORTD = OutMotor(Motor); void Mode5(){ char t i - 10; char t2 = t1+20; //Soan oc TouchWall(t1,t2); II // D = 4; Time4D = 0*62; //=D*3.14*1000/(Speed*30); if ((tick Rot > t2)&&(tick Rot (_D+5)*2) Tpwm = 1; if (Tpwm > ( D-2)*2){Motor = TurnR; Tpwm++;} : (_D-2)*2){Motof = Forwar; Tpwm++;} if (tick_Rot == t2+ Time4D){ Sound(35); D+=2; if ( D > 25) ว = ； Time4D = _D*170; Tpwm = ; II if (tick_Rot > t2+Time4D) tick Rot = t2+1 ; GoForward(t2+Time4D, l2+Time4D+15); PORTD = OutMotor(Motor); } // -void Up(){ //Ban dau fai dat TimeDie > 42 de Forwar 79 char t1 = 20 char t2 = 50; if (Statu F4) TimeDie = 0; if (TimeDie t1)&&(TimeDie < t2)) ModeUO = ᄋ , //Dung sau khí gap vat can; if (TimeDie > t2) M otor = Forwar; PORTD = ᄋutMotor(Motor); } void Down(){ char t1 = 50+52; if (TimeDie < * t1 ){ TimeDie++; PORTO = OutMotor(Back) } _ if (TimeDie > t1) ModeUD = 0; void Left{){ char t1 = 25+52: If (TimeDie t1) ModeUD = 0: void Right(){ char t1 = 25+52; if (TimeDie t1 ) ModeUD = 0; "Him già tri _7Seg tren Led doari PORTD ร1= OxOF; PORTD |=digit[uj*16; PORTE = ~v; v*=2; //Xoa bit cao //Do รบ dung tran pnp U++: if (V > 4) V = ; if (น > 3) u = 1; char HasBat(){ char threshold = 100; return (ADRead(3) //Kiem tra xem CO Battery ko? >threshold), void FindLight{){ //10 phut de tim char t1 =26, //Cu di thang cho den gap Toi, //Cu gap Toi thi Xoay, xoay qua mot nguong nao thi tien thang ma ko kiem tra T/S if (Time2Find = t 1- )&&(tick find t1)&&(tick find t1+4)&&(tick_find 35)&&(tick_find 37)&&(tick_find < if (BfighterO) //Tien co kiem tra Motor = Forwar tick_fmd++; else tick find = t + ; if (tick_find > 200) tick_find = 38; PO RTD = OutMotor(Motor); //Nhay sang xoay //Nhay tien co kiem tra -FUNCTIᄋNSchar OutMotof(char i){ return (PORTD & OxFO) I i; /}/ void ModeAuto(){ if (TimeRunMode == TimeChangeMod){ if (ModAuto == 5) { ModAuto = Mod Next; ModNext++; if (ModNexl>4) ModNexl = 1; } else ModAuto = 5; ResetPraO；//Chu y TAdd } switch (ModAuto){ case 1:{ M odel 0; break;} case 2:{ Mode2(); break;} case 3:{ Mode3(); break;} case 4:{ M ode4() break;} case 5:{ Mode5(); break;} default: break; } //End of Switch 81 II -void Up(){ char Motor： char t1 = 20, char t2 = 50; if (Statu.F4) TimeDie = 0; if (TimeDie 42 de Forwar } _ if ((TimeDie > t1)&&(TimeDie < t2)) ModeUD = 0; if (TimeDie > t2) Motor = Forwar; //Dung sau gap vat can： p ᄋRTD = OutMotor(Motor); } void Oown(){ char t ะ: 50+52; if (TimeDie t1 ) ModeUO = 0; "K et thuc; ) void Left(){ char t1 = 25+52; if (T imeDie t1) ModeUD = 0; //Ket thuc; _ void Right(){ char t1 = 25+52; if (TimeDie t1) ModeUD = 0: //Ket thuc; } //2;==： :s s s ===========3==:======3===============s ==ร3 =============== // -INTERRUPTvoid interrupt(){ if (INTCON.T이F){ TMR0 = 96; INJCON.T 이F = о ； OSSched1(); OSSched2(); • ) if (PIR1 RCIF){ IR30; PIR1.RCIF = 0; } //Ngat tu USART Receiver } //========================== (End o f Interrupt) ================== void lnit(){ PORTS = ữ PORTO = о： PORTC = OxFF; PORTE = OxFF; TimeOie = 55; TimeChar = 0; TimeSound = 1; TimeSoundDie = 0; TimeRunDie = 30; TimeRunMode = 0; TimeDoor ะ= 1000; 82 TimeZFind = 0; Time2Sleep = TimeSleepMax; tick_Mode = 6000; //Bat ky >200-Char tick_Ro( = 250, tĩck_Đis = ； tick Rea 0; tick_Wri = 0; tic k jく ey ； tick Char= 0; tick_blink=0; sec5 = 0; minu = 30 : keyOrd = 0; //Mac dinh la 10 phut, toi da a 80 phut _7Seg - minu; ModeRun = ; ModeUD = 0; ModAuto = 1; ModNext = 1; Led = Gr; Direct = ; Statu = 2; Stage = ; CDS = 0; в с ED l I & J f, = N = Ma XL-І h0t; cc ,P O 1С : TR IS =o 0; TR IS F2 o; TR IS TR IS ,,r - void main() { Delay ms(S00); ADC ᄋN0 =0011000001; ADCON1 = 0x82; TRISA = OxFF; //Cho nguon on dinh //PORTA_Analog, PORTE_Digital Inito； ADCONO &= Ы 1000111: ADCONO |= AN[1J; • Delay us(22); PIE1.F6 = 0; ADConvertO; if (ADRESH*256+AORESL > 600){ Statu F5 = 1; } Sound_lnit(&PORTB,4); USARŤJnit(300); TMRO = 96; OPTION REG = 0x84; INTCON |= OxAO; w(iile(1){ 83 Tuyến tập H ội nghị loàn quồc lằn thứ Cơ đ iịn lư - \ 'CM2006 Hà Sội ngóỵ 12/10/2006 X â y ã ự n ^ ro b o t d i động dẫn đường cảm biến siêu âm cảm biến ảnh toàn phương Trần Quang Vinh, Vũ Tuấn Anh, PbÙDg Mạnh Dương Trần Hiếu Trường Đ i học Công nghệ, Đ i học Quốc gia Hà nội 144 Xuân Thuỳ- cầu giấy - H n ội email: vinhtq@vnu.edu.vn Tóm tắt Báo cáo trinh bày viêc thiết kế, xâỵ dựng robot di động thông minh, hoạt động tự trị phịng thí nghiệm Đieu khiển rự động Robotics trna Đại học Cơns nghệ Các đặc tính càm biến siêu âm cảm biến ảnh toàn phương nhu cảm biến khác đuợc tìm hiểu, khảo sát nghiên cửu Từ dẫn tới việc thiết kế phần cứng phần mềm, dảm bảo chõ việc dẫn đường robot tới đích mơi trường nhà có vật cản với độ tin cậy chấp nhận Giói thiệu Những năm sần đáy nhiều cảm biến cảọ vi xử lý đại đới dã dẫn đén đôi mạnh mè trinh nghiên cửu phát triển hệ thống robot đặc biệt !ả robot thôn2 minh Các robot di động thôn2 minh dược nghiên cứu vã coi lả tiềm rtẫna trons tương lai Thực tế xuất số lượng đáng kể ứng dụng robot di động vi dụ nhũ robot hoạt động trona môi tnrờng độc hại nguy hièm dùng đê vận chuyển, dọn rác thai nhiễm xạ dò thám hiém dưởi nưởc thám hiểm cảc hành tinh V.V úns dụns robot di độns mơi rrfnc cơng nghiẻp vả dân dụns lả mẽ cũns hứa hẹn cỏ nhữntỉ tiến quan trọng trinh thiết kế phát triển hệ thống nàv Một robot di động trona mỏi truởng trước cỏ thê gặp phái nhừnc tinh huỏnu bật ngờ Để có thé hoạt động tốt mơi trượng nsối việc chế tạo kết cảu khí nhât thiết phải xảy dựng hệ thons càm nhận cho phép thu ihập chinh xác thòng tin từ môi trường xung quanh hệ thôns điều khiên (sấn liền với churơna trình phần mềm) cho phép robot có khả hoạt động cách thơng minh, hồn tồn lự trị Bởi vi khơng thể lập trinh trước cho tất cà kiện cỏ thể xảy robot phải cỏ nântỉ tự nhận biết vả phản ứng với môi trường, tự điều khiển nhiều trường hợp Như vậv mức độ cảm nhận phàn ứng với môi tnrờn2 chựa biết rỗ lậ trớ thụng minh ca robot Troni! trirdn! hỗrp ny, mt hệ thống cảm nhận có nhiều cảm biển tốt, chương trinh điểu khiển chinh xác lại linh hoạt đòi hòi Do khơng có loại cảm biến hồn hào vả thích hợp cho ứng dụng, nẻn việc mong đợi thành tựu công nghệ vật liệu choTa đời loại cảm biến tốt thi việc nghiên cứu áp dụng thuật giải tổng hợp liệu cảm biển cần thiết Điều đỏ cho thấy cần thiết phải gắn kết hữu phần cứng phần mềm cách hợp lý cho robot di động thông minh Bài báo tập trung mô tả kết cấu liên kết phần cứng cúa robot (chủ yếu lả loại cảm biến siêu âm cảm biến ảnh toàn phương) với cách mõ-đun chưcmg trinh phần mềm xử lý liệu thu tử chúng để tổng hợp thành lệnh điều khiển robot dị đưcms tới đích mịi trường nhà có vật cản Mơ tà hệ thống 2.1 Kết cẩu cùa robot 153 Tuvén w p H nghi lồn quvc ihứ vé Cơ ăiện lư - I ' o I2IIOO cục từ õ s đến D Hình 9c kết quỹ đạo thực tế (đường liền nét) xuất vật càn (hình chữ thập) trẻn đưỡnc dẫn cùa robot với khoảng phát lả xâp XV ! ทา СІ1П2 dó siẻu ảm cục Kết quà cho thấv robot theo đưỡns dẫn toàn cục tới điếm A Đến dảy ban đồ cục cho thắv có đườnc dẫn bị chiém ciữ Do chươnc trinh tránh vặt cán dã dièu khiển robot di vịrts tởi điém B Từ điẻm в đến đích D robot lại theo đườnc dẫn toàn cục Thực nghiệm cũn2 lặp lại 20 lán cho xác suất thành cỏn2 (không va chạm vặt cán bám theo đuờns S-A B-D) lả 85% Nguyên nhận va chạm đuợc tiếp tục ทshién cứu cỏ thẻ mỏ-đun tránh vặt cần đươc tiếp tục hoãn thiện thêm (a) (hi (C H in li Tlĩirc nịỉhiủni ikĩn ílướtìỊỉ cục hõ Cống trinh пал liếp tục nchiẻn cứu phái irién dà dược tải Irọ phần lil de lùi mani: mã số: ọc.06.16 Đại học Ọuốc aia Hii nội • Tải liệu tham khad ■ Robir R M u rp h\ Jniriiàuciion líi ■น RohKs Massachusetts InsiiiuiL- oi'Tcchnoloí； \ Pres.v 그000, -■ ỉvloravee H.P Senxor Fusion с er la i my Grids for Mobile Rnhnix A l Mqsazine I9SS Shih-Chieh Vasushi Vaci Masahiko Yachida BuiidhK Locai Floor map Itxc O' U liraw nu and Omni-direciional J'ision SciViOT Proceedinsš o f the IEEE Internationl Conference on ill Robotics & Automation May 1998 Sebastian Thrun Learning Maps fo r Indoor Mobile Robot Sayiụaiioiì Accepied for Publication in Artificial Intelligence to Elsevier Science 1997 Stefan Richter Michael Faschineer Mobile Rob이 Localt a i Ì0)1 Sciemific Report 2003 Huosheng Hu and John Q Gan Sensors and data Fusion Aloorithms พ Mnbiic Robotics Technical Report: CSM-422 2005 ᄀ' Ha Khanh Linh Computer Vision Theory and Applications for Отпі-сіігесііоіюІ Camera MSc thesis Dept, o f Electronics and Telecommunication VNU 2005 160 ฒ TRƯỜNG Đ Ạ I HỌC CÔNG NGHỆ KHOA ĐIỆN TỬ -V IỄ N THƠNG LUẬN VĂN TĨT NGHIỆP THIẾT KÉ XÂY DựNG CLEANER-ROBOT sử DỤNG TỎNG HỢP CÁC CẢM BÌÉN S inh viê n: T rầ n Văn H uấn C án hưóng dẫn: PGS.TS T rầ n Q uang V in h ThS Đ ặng A n h V iệ t H À N Ộ I - 2007 P H IÉ Ư ĐÃNG KỶ K É T QUẢ N G H IÊN c ứ u KH O A HỌC-CÔNG NGHỆ : Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống cảm biễn hỗn hợp dùng cho robot thông minh tự quản trị Mã sô: QC.06.16 Cơ quan quản lý đề tài: Đỉa chỉ: Điện thoại: Đại học Quôc gia Hà nội 144 đường Xuân Thuỷ, Câu giây, Hà nội 8340564 Cơ quan chủ t r i đê tài: Địa chì: Điện thoại: ĐH Cơng nghệ, ĐHQG HN Nhà E3, 144 đường Xuân Thuỷ, Câu giây, Hà nội 7546575 Tơng chi phí thực chi: 30.000.000 ช (Ba mươi triệu đơng) Trong 100% từ ngân sách Nhà nước Thòi gian nghiên cứu: - 丁hời gian băt đâu: tháng 05/2006 - Thời gian kêt thúc: tháng 05/2007 Tên cán phổi hợp nghiên cứu: - C h ù t r ì đề tà i: TS Trần Quang Vinh - N h ữ n g n g i tha m gia: ThS Chừ Vãn An ThS Nguyễn Vinh Quang CN Phạm Đinh Tuân KS Đặng Anh Việt CN Trân Hiếu NCS Phùng Mạnh Dương ThS Phạm Duy Hưng Số dăng ký đề tài Số chứng nhận đăng ký KQ NC Ngày Ngày Bảo mật A Phổ biến rône rãi B Phổ biến hạn chế c Bảo mật Tóm tắt kết nghiên cứu Đề tài có 01 báo cáo khoa học đăng K ỷ yếu Hội nghị Cơ điện Đã ứnẹ dụng cho giảng dạy lý thuyết thực hành môn học “ Robotics” thưc 84 chứnti minh cho môn học " K ỹ thuật điều khiến， , Khoa Diện lử- Viễn Ihông I rường Dại^họcะ Công nghệ ĐHQG Hà nội Kel VC mặt lạo dạt dược : - Số sinh viên làm Khoá luận tốt nghiộp liên quan đến đề tài: 01 - Số sinh viên nghiên cứu khoa học liên quan I I đến den đe dề tái: tài: 01 ( - Số học viên cao học làm I.uận văn liên quan đến đề tài: 03, Đen nay, qua nãm ihực dề tải lạo sản phẩm : - 01 robot di dộng thông minh hoạt động tự quản trị sờ cám biến siêu âtrị cảm biển hồng ngoại camera dùng cho dẫn dường Rbot có khả nã liện lỗn dần dượng, tự động tránh vật càn lớ i mục tiêu bàng linh tona hợp aim biến - 01 robül làm ihông minh hoại dộng sờ cảm biến hồng nã quaníi, cho phép chuyển dộng theo quỹ đạo dưực lập trình Robot có lút bụi rác tronii phịng, c ỏ the dữợc điều khicn lừ xa hay hoạt dộng tự dộng - Các cán tham gia đề tài xây dựng số mô-đun phần mềm ihư phần cima, dùng cho thị giác máy điều khiển cấu chấp hành ciia roi lộng nói cune cho robott khác ： iến nghị quy mô dổi tượng áp dụng kết nghicn cửu: ly mò cùa ụiai cloạn vừa qua hỏt sức khiêm tốn, dề nghị Nhà trườni» Đại học Ọuốcị i tiếp tục đầu tư nừa cho đc tài loại nhằm sâu vào hirứnii cơng nghệ cao! апц dè nóng liốị ironii khoa học côna nghệ dại，cho phčp Dại học CôngỊ ghệ phái triến пцапц lầm với học viện trường Đại học khác nước khuị Chủ nliiệni đề tài 力 ’Illi trvỡng cọ Chu tịch Hội dồiiịịị l'hü triróng co ­ quan chu tri de (lánh giá quan (เแ»ท lý (ІС； lai !ฒ ỉ ọ tèn T/LHlậUTRưỏNẲ iọc vị Cý lên ： -TRƯỞNG PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐAI HOC VÀ NCKH PGS.ĨS T ! O A M € O C TSUỎÌÍQ ш ; U C ô ã ! ：KH Л А и ш Л 85 - ^ ... I.TÔNG Q U A N CÁC V Â N ĐỀ NGHIÊN c ứ u Robot robot di động thông minh Các cảm biến dùng cho việc định vị robot di động 2.1 M ột số cảm biển dùng robot 2.2, Một vài loại cảm biến dùng robot di động... loại càm biến hồn hảo thích hợp cho ứng dụng, nên việc mong đợi thành tựu công nghệ vật liệu cho đời loại cảm biến tốt việc nghiên cứu áp dụng thuật giải tổng hợp liệu cảm biến dùng cho robot di... đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống cảm biền hỗn hợp dùng cho robot thông minh tự quản trị M ã số: QC.06.16 Chù t r i đề tài: Trần Quang Vinh Những kết a) K ết q uà kh oa học - Tạo 02 robot làm