Ứng dụng mạng nơron điều khiển mobile robot di chuyển tránh vật cản Ứng dụng mạng nơron điều khiển mobile robot di chuyển tránh vật cản Ứng dụng mạng nơron điều khiển mobile robot di chuyển tránh vật cản luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM - LÊ THANH HOÀN ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DI CHUYỂN TRÁNH VẬT CẢN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành : 60520202 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN THU HÀ TP HỒ CHÍ MINH, Tháng 12 năm 2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học : PGS TS Trần Thu Hà (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP HCM ngày 02 tháng 02 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TS Nguyễn Hùng PGS.TS Bùi Xuân Lâm TS Đồng Văn Hướng PGS.TS Ngô Văn Dưỡng TS Trương Việt Anh Chủ tịch hội đồng Phản biện Phản biện Ủy viên Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TS Nguyễn Hùng TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM PHÒNG QLKH - ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TP.HCM, Ngày 21 tháng 12 năm 2012 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ THANH HỒN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16/05/1987 Nơi sinh: DăkLăk Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1181031015 I- TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DI CHUYỂN TRÁNH VẬT CẢN II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Chương 1: Tổng quan - Chương 2: Cơ sở lý thuyết - Chương 3: Mơ hình động học mobile robot - Chương 4: Thiết kế phần cứng robot - Chương 5: Kết luận III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/06/2012 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/12/2012 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS TRẦN THU HÀ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS Trần Thu Hà KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn (Ký ghi rõ họ tên) Lê Thanh Hoàn ii LỜI CÁM ƠN Để hồn thành Luận văn Thạc sĩ mình, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu, phòng Quản lý khoa học – Đào tạo sau đại học, Khoa Cơ – Điện – Điện tử Giảng viên trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh nhiệt tình tạo điều kiện truyền đạt kiến thức quý báu cho em suốt q trình học tập hồn thành Luận văn Thạc sĩ Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Thu Hà, người trực tiếp hướng dẫn em suốt q trình hồn thành luận văn Với dẫn, tài liệu, tận tình hướng dẫn, lời đơn đốc động viên Cô giúp em vượt qua nhiều khó khăn thách thức q trình thực luận văn Sau cùng, em muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình người thân, ln động viên, tiếp thêm sức mạnh cho em anh, chị lớp 11SMD1 sát cánh, cổ vũ em đường tri thức Lê Thanh Hồn iii TĨM TẮT Ngày với phát triển không ngừng khoa học kĩ thuật nhu cầu người đời sống ngày nâng lên Việc thiết kế sản phẩm mang lại tiện ích cho người cần phải đáp ứng nhu cầu Việc xây dựng robot tự hành thay người thực công việc môi trường độc hại (Ví dụ: mơi trường hóa chất, nhiệt độ cao, áp xuất cao, khu vực hạn chế tầm nhìn, phóng xạ, …) vấn đề cấp thiết Vấn đề đặt chế tạo làm mobile robot có khả di chuyển tránh vật cản sử dụng nhiều loại mơi trường Vì vậy, luận văn báo cáo đề tài “Ứng dụng mạng nơron điều khiển mobile robot tránh vật cản” Luận văn áp dụng lý thuyết mạng nơron nhân tạo xây dựng mobile robot di chuyển mặt phẳng tự động cảm nhận tránh chướng ngại vật Nội dung thực luận văn gồm có chương sau: - Chương 1: Tổng quan – Giới thiệu đề tài robot tự hành ý nghĩa thực tiễn nó, nhiệm vụ giới hạn đề tài, nội dung thực - Chương 2: Tổng quan nơron nhân tạo – Trình bày lý thuyết áp dụng đề tài luận văn - Chương 3: Mơ hình động học mobile robot – Giới thiệu xây dựng mơ hình tốn học cho mobile robot Chạy chương trình mơ phần mềm matlab đưa số kết mô - Chương 4: Thiết kế phần cứng robot - Thiết kế thi cơng mơ hình thực nghiệm gồm: Sơ đồ nguyên lý, sơ đồ khối, lựa chọn thiết kế, thông số đối tượng cần điều khiển, mạch vi điều khiển, mạch nguồn - Chương 5: Kết luận – Phân tích kết luận văn, thuận lợi, khó khăn hướng phát triển đề tài iv ABSTRACT Today, with the continuous development of science and technology, human life is increasingly improved The design of these products bring benefits to human The construction of a self-propelled robot can replace humans perform tasks in hazardous environments (for example: environmental chemicals, high temperature, high pressure, limited vision areas, free radiation, mine, etc.) The question is how to make mobile robots capable of moving avoid obstacles used in a variety of environments The thesis report topic "The application of neural networks to control mobile robot avoid obstacles." This thesis applies the theory of artificial neural networks; genetic algorithms to build a mobile robot moving in the plane can automatically sense and avoid obstacles Contents of the thesis consist of five chapters as follows: - Chapter 1: Overview - Introduction to themes of self-propelled robot and its practical implications, limitations of the mandate, perform content - Chapter 2: Overview of artificial neuron - Presentation of simulation theory applies in topics such as: artificial neural networks - Chapter 3: Mobile robot dynamics model - Introduction and mathematical modeling for self-propelled robot Control Solution and simulation - Make some simulation results to compare and change control methods and parameters - Chapter 4: Design and construction - Presentation design process and construction - Chapter 5: Conclusion - Analysis of the results of the thesis and development v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH ix DANH MỤC CÁC BẢNG xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.3 NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN 1.4 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.4.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.4.2 Tình hình nghiên cứu nước CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG NƠRON 2.1.1 Những kiến trúc tính toán 2.1.2 Lịch sử phát triển mạng nơron 2.1.3 Mô hình mạng nơron nhân tạo 10 2.1.4 Phân loại theo cấu trúc mạng nơron 17 2.2 ỨNG DỤNG CỦA MẠNG NƠRON TRONG ĐIỀU KHIỂN 25 2.2.1 Mạng nơron lớp truyền thẳng 26 2.2.2 Mạng nơron truyền thẳng nhiều lớp 26 2.3 MỘT SỐ CẤU TRÚC MẠNG NƠRON VÀ HUẤN LUYỆN MẠNG 27 2.3.1 Mạng nơron lớp lan truyền ngược 27 2.3.2 Luật học lan truyền ngược 28 vi 2.3.3 Cấu trúc mạng nơron nhiều lớp 34 2.3.4 Các hệ số học lan truyền ngược 36 2.4 MẠNG NƠRON TRONG KĨ THUẬT ROBOT 38 CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH ĐỘNG HỌC CỦA MOBILE ROBOT 40 3.1 PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦA MOBILE ROBOT 41 3.2 GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG 45 3.2.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MOBILE ROBOT .45 3.2.2 SƠ ĐỒ SIMULINK ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT BẰNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO 45 a Mô robot chuyển động theo quỹ đạo thiết lập trước đường cong 49 b Mô với quỹ đạo đặt trước đường thẳng 52 c Thiết lập tín hiệu đặt đường tròn 56 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CỦA ROBOT 59 4.1 SƠ ĐỒ KHỐI ROBOT 60 4.1.1 Nguồn cung cấp cho robot 60 4.1.2 Tổng quan vi điều khiển PIC 16F877A 61 4.1.3 Cảm biến quang E3S-AD12 74 4.1.4 Khối động lực 74 4.2 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 75 4.3 LỰA CHỌN THIẾT KẾ 77 4.3.1 Hình dáng robot 77 4.3.2 Động 80 4.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN 81 4.4.1 Sơ đồ nguyên lý nguồn cung cấp 81 4.4.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 81 4.4.3 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực .82 4.4.4 Sơ đồ nguyên lý mạch đảo chiều relay, sơ đồ nguyên lý khối sensor 82 vii 4.5 THỬ NGHIỆM MƠ HÌNH 83 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 90 5.1 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI 91 5.2 ƯU VÀ KHUYẾT ĐIỂM CỦA ĐỀ TÀI 92 5.2.1 Ưu điểm 92 5.2.2 Khuyết điểm .92 5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 PHỤ LỤC 95 96 %%%%%%%%%%%%%%%% if(loai_ve==2) % noi suy tuyen tinh m = m+1; xy_L(:,m) = [xi;yi]; if(mod(n,2)==0) xys = plinear(handles,xy_L); plot(xys(:,1),xys(:,2),'color','k','linewidth',4); m = 0; xys_L = [xys_L; xys]; xys = xys_L; end end %%%%%%%%%%%%%%%%% end if(n0;j=j-10) { speed(j,j+10,); delay_ms(100); } } void stop_speed() { for(j=10;j= ) { left_pwm_value = 1.25*left_motor_speed; // (125*left_motor_speed/100) left_motor_forward(left_pwm_value); } else { left_motor_speed = -left_motor_speed; left_pwm_value = 1.25*left_motor_speed; // (125*left_motor_speed/100) left_motor_reverse(left_pwm_value); } /* Right motor */ if( right_motor_speed >= ) { right_pwm_value = 1.25*right_motor_speed; // (125*left_motor_speed/100) right_motor_forward(right_pwm_value); } else { right_motor_speed = -right_motor_speed; right_pwm_value = 1.25*right_motor_speed; // (125*left_motor_speed/100) right_motor_reverse(right_pwm_value); } } /*********************** MAIN FUNCTION - CHUONG TRINH CHINH ******************/ void main() { // System initialization - wait 10ms to be stable init(); while(TRUE) // begin EM-BOT robot tasks 104 { while(tien) { if(lui==1) { speed(40,50); delay_ms(200); lui=0; } if (input_d()==0) { speed(50,50); } else { switch (input_d()) { case 0b00010000: { speed(100,100); delay_ms(500); if (input_d()==0b00110000) goto thoat_tien_down; tien_cua_phai: speed(-50,-50); for(i=1;i