Thiết kế và thi công các bước cơ bản robot đa địa hình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN HOÀI TÂM THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CÁC BƯỚC CƠ BẢN ROBOT ĐA ĐNA HÌNH CHUN NGÀNH : TỰ ĐỘNG HĨA MÃ SỐ NGÀNH : 60.52.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2011 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 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) .…………………………………………… .…………………………………………… .…………………………………………… .…………………………………………… .…………………………………………… Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN HOÀI TÂM Ngày, tháng, năm sinh: 20/09/1986 Chuyên ngành: Tự động hóa MSHV: Phái: Nơi sinh: Nam Cần Thơ 09151003 1- TÊN ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CÁC BƯỚC CƠ BẢN ROBOT ĐA ĐNA HÌNH” 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Thiết kế thi cơng phần khí cho robot đa địa hình Giải thuật điều khiển robot đa địa hình Ứng dụng “thị giác máy tính” để phát hành lang cầu thang Thiết kế module mạch điện tử điều khiển hoạt động robot đa địa hình 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/09/2010 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 01/07/2011 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRNNH HOÀNG HƠN Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) i LỜI CẢM ƠN Điều trước tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Trịnh Hồng Hơn gia đình Thầy Thầy tận tình trực tiếp hướng dẫn, cung cấp tài liệu vô q báu dìu dắt tơi thực hiện, hồn thành luận văn tốt nghiệp Chân thành cám ơn quan tâm, chăm sóc gia đình Thầy ngày học làm việc Thầy Tôi chân thành cám ơn quý thầy Phòng TN Kỹ thuật điện, quý thầy cô BM Tự động, BM Thiết bị điện tồn thể q thầy Khoa Điện - Điện tử người tạo điều kiện thuận lợi tận tình truyền đạt kiến thức cho hai năm học vừa qua Nhân xin cám ơn quý thầy TS Đỗ Hồng Tuấn TS Lưu Thanh Tùng hướng dẫn giúp đỡ tơi hồn thành thủ tục q trình thực luận văn Hơn cả, xin khắc tạc công ơn dưỡng dục đấng sinh thành Cám ơn Cha, Mẹ gia đình Võ Văn Dũng tạo điều kiện tốt để tơi học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn tốt nghiệp Xin cám ơn tất bạn bè thân thuộc, anh chị, bạn học viên Cao học (K2009), người ln dành tình cảm sâu sắc nhất, ln bên cạnh động viên, khuyến khích tơi vượt qua khó khăn suốt q trình học tập thực luận văn Tp Hồ Chí Minh, 05 tháng 07 năm 2011 Người thực Trần Hoài Tâm ii TĨM TẮT LUẬN VĂN Luận văn trình bày việc thiết kế thi công bước robot đa địa hình Mục tiêu đặt mơ hình robot hoạt động nhiều điều kiện làm việc phức tạp như: vượt cầu thang, vượt vật cản, di chuyển mặt dốc, gồ ghề, cua quẹo Nội dung thể luận văn thiết kế mơ hình khí robot đa địa hình sử dụng cấu chủ động Stair-Wheel Từ đặc tính hoạt động mơ hình khí, đề tài áp dụng hai giải thuật điều khiển độc lập robot đa địa hình hai chế độ làm việc đặc trưng: leo thang di chuyển mặt phẳng Bên cạnh đó, đề tài cịn ứng dụng “ thị giác máy tính” để phát hiện, phân biệt hành lang cầu thang từ ảnh chụp Kết thực cho thấy mơ hình robot đa địa hình vận hành tốt điều kiện làm việc đa dạng Đáp ứng giải thuật điều khiển cho kết tốt so với yêu cầu đặt Việc nhận dạng, phân biệt hành lang bậc thang đạt 90% tất trường hợp Như vậy, kết thực đề tài cho thấy tính khả thi ứng dụng để phát triển mơ hình robot đa địa hình hồn chỉnh, vận hành hoàn toàn tự động tương lai iii ABSTRACT This paper presents the basic design and construction of a multi-terrain robot The objective of research is the robot can operate in more complex working conditions such as stairs, obstacles, steep, sloping, turning The contents are presented in the thesis is to design mechanical model multiterrain robot using the control structure Stair-Wheel From the performance characteristics of the mechanical model, this paper applied the algorithm independently controlled multi-terrain robot in two specific work modes: stair climbing and moving the plane In addition, this paper also applied “computer vision” detecting and distinguishing corridor and staircase is from a photograph Results showed that model multi-terrain robot can operate well in various working conditions The response of the control algorithms is better than requirements The corridor and staircase were detected and distinguished to reach 90% in all cases Thus, the performance of this paper is feasible and can be applied to develop a model of a complete multi-terrain robot It will operate automatically in the future iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi, có hỗ trợ từ Thầy hướng dẫn người cảm ơn Các nội dung nghiên cứu kết đề tài trung thực chưa công bố cơng trình Tp Hồ Chí Minh, 05 tháng 07 năm 2011 Tác giả Trần Hoài Tâm v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: MSRox Hình 1.2: Robot Silver Hình 1.3: RHex Hình 1.4: MACbot Hình 1.5: Robot Module Hình 1.6: iBOT Hình 1.7: Cơ cấu Stair-Wheel Hình 1.8: Sơ đồ bước nghiên cứu đề tài 13 Hình 2.1: Bậc thang với kích thước chi tiết 17 Hình 2.2: Hình dạng tổng thể cấu Stair-Wheel 18 Hình 2.3: Hai trường hợp trình leo thang 19 Hình 2.4: Xác định kích thước R 20 Hình 2.5: Xác định kích thước rmax 20 Hình 2.6: Xác định kích thước rmin 21 Hình 2.7: Xác định kích thước t1max 23 Hình 2.8: Xác định kích thước t2max 24 Hình 2.9: Xác định kích thước rgmax 24 Hình 2.10: Xác định kích thước amax 25 Hình 2.11: Tương quan hai kích thước r R 26 Hình 2.12: Mơ hình cấu Star-Wheel 27 Hình 2.13: Hai chế độ làm việc cấu Star-Wheel 29 Hình 2.14: Các giải pháp thiết kế truyền cấu 30 Hình 2.15: Tách nửa thân robot đặt lực lên cấu Star-Wheel 33 Hình 2.16: Mơ hình robot đa địa hình 36 Hình 2.17: Robot đa địa hình trạng thái làm việc leo thang 37 Hình 2.18: Robot đa địa hình trạng thái làm việc mặt phẳng 38 Hình 3.1: Họ đặc tính động điện môt chiều 40 vi Hình 3.2: Điều chỉnh độ rộng xung PWM 40 Hình 3.3: Dạng sóng điện áp điều khiển dịng điện động 41 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý phần ứng động DC 41 Hình 3.5: Sơ đồ khối động chiều 44 Hình 3.6: Sơ đồ khối hệ điều khiển PID 45 Hình 3.7: Các tiêu chu n đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển 46 Hình 3.8: Đáp ứng nấc hệ hở có dạng S 46 Hình 3.9: Đáp ứng nấc hệ kín K=Kgh 47 Hình 3.10: Đáp ứng độ động DC 49 Hình 3.11: Hệ thống hiệu chỉnh PID nối tiếp 50 Hình 3.12: Đáp ứng q độ hệ kín với điều khiển PID 50 Hình 3.13: Mơ hình hệ kín điều khiển động DC 51 Hình 3.14: Thiết lập thơng số mơ hình đáp ứng mong muốn 51 Hình 3.15: Đáp ứng mơ hình điều khiển PID động DC 52 Hình 4.1: Mơ hình tổng qt robot đa địa hình 56 Hình 4.2: Mơ hình bánh xe robot lý tưởng 57 Hình 4.3: Mơ hình động học robot đa địa hình 58 Hình 4.4: Hàm đặc trưng 61 Hình 4.5: Các đặc tính hàm phụ thuộc 62 Hình 4.6: Các dạng hàm phụ thuộc 62 Hình 4.7: Mơ hình điều khiển mờ 65 Hình 4.8: Vị trí sai lệch robot so với quỹ đạo mong muốn 66 Hình 4.9: Sơ đồ khối robot đa địa hình chế độ làm việc mặt phẳng 66 Hình 4.10: Hàm phụ thuộc biến ngôn ngữ đầu vào 68 Hình 4.11: Hàm phụ thuộc biến ngơn ngữ đầu 69 Hình 4.12: Xây dựng điều khiển FLC Fuzzy Toolbox 70 Hình 4.13: Mơ tả tín hiệu điều khiển FLC 71 Hình 4.14: Mơ hình robot đa địa hình chế độ làm việc mặt phẳng 71 Hình 4.15: Mơ robot đa địa hình sử dụng điều khiển mờ 72 vii Hình 4.16: Đáp ứng robot trường hợp hàm đặt hàm nấc 01 bước 74 Hình 4.17: Đáp ứng robot trường hợp hàm đặt hàm nấc 02 bước 74 Hình 4.18: Đáp ứng robot trường hợp có nhiễu 75 Hình 5.1: Lưu đồ giải thuật phân biệt, phát cầu thang hành lang 79 Hình 5.2: Chuyển đổi ảnh màu RGB sang ảnh xám 80 Hình 5.3: Tách biên phương pháp Canny lọc nhiễu 81 Hình 5.4: Biễu diễn phương pháp tách đoạn thẳng từ biên 82 Hình 5.5: Kết tách đoạn thẳng từ biên 83 Hình 5.6: Kết tách nhóm đoạn thẳng qua điểm vơ tận trội 86 Hình 5.7: Kết tách nhóm đoạn thẳng qua điểm vơ tận đứng 86 Hình 5.8: Kết tách nhóm đoạn thẳng qua điểm vô tận sâu ngang 87 Hình 5.9: Biểu diễn đường vơ tận đứng 87 Hình 5.10: Khôi phục lại đoạn thẳng 88 Hình 5.11: Chia nhóm đoạn thẳng làm hai phần trái phải 89 Hình 5.12: Chia nhóm đoạn thẳng làm bốn phần ¼ 90 Hình 5.13: Kết xác định vùng hành lang 91 Hình 5.14: Kết xác định vùng cầu thang 91 Hình 6.1: Sơ đồ cấu trúc nhớ AVR-Atmega128 95 Hình 6.2: Sơ đồ cấu trúc cổng vào/ra AVR-Atmega128 96 Hình 6.3: Incremental Optical Encoder 97 Hình 6.4: Cảm biến siêu âm SRF05 98 Hình 6.5: Giản đồ định thời SRF05 chế độ thứ 99 Hình 6.6: Giản đồ định thời SRF05 chế độ thứ hai 100 Hình 6.7: Cảm biến hồng ngoại Sharp GP2D12 100 Hình 6.8: Giản đồ định thời hoạt động Sharp GP2D12 101 Hình 6.9: Bộ sản ph m thu phát RF có IC giải mã 101 Hình 6.10: Text LCD 16x2 102 Hình 6.11: Sơ đồ kết nối Text LCD với vi điều khiển 102 Hình 6.12: Sơ đồ khối kết nối thiết bị phần cứng robot đa địa hình 103 Luận văn thạc sĩ 115 Thiết kế thi công bước Robot đa địa hình Trong chế độ có chân D4-D7 kết nối với vi điều khiển AVR ATMega128 Các lệnh liệu 08 bit ghi đọc cách chia làm hai thành phần, gọi nibbles Mỗi nibble gồm 04 bit, nibble cao xử lý trước niblle thấp xử lý sau Ưu điểm chế độ giao tiếp tối thiểu số đường giao tiếp vi điều khiển Trình tự giao tiếp với Text LCD trình bày giản đồ hình 6.23 Để sử dụng Text LCD cần khởi động Text LCD, sau khởi động Text LCD sẵng sàng để hiển thị Quá trình khởi động thực lần đầu chương trình viết chương trình tên int_LCD Khởi động LCD bao gồm xác lập cách giao tiếp, kích thước font, số dịng LCD (Function set), cho phép hiển thị LCD, dấu nháy (Display control), chế độ hiển thị tăng/giảm, dịch (Entry mode set) Các thủ tục khác xóa LCD (clr_LCD), viết ký tự (putchar_LCD), viết chuỗi ký tự (print_LCD), di chuyển trỏ (move_LCD) sử dụng liên tục trình hiển thị trình bày đoạn chương trình riêng 6.3.2.5 Lập trình hoạt động thu phát RF Trong chế độ điều khiển tay hoạt động robot đa địa hình, đề tài sử dụng thu phát RF để thực việc “lệnh” người điều khiển đến vi điều khiển ATMega128 Với phím nhấn từ remote người điều khiển, robot đa địa hình lập trình hành động tương ứng như: tiến, lùi, quẹo, xoay tròn, leo thang, xuống thang… Bảng 6.2: Giá trị liệu tương ứng với phím remote Dữ liệu Phím Khơng nhấn 10 11 12 D0 1 1 1 D1 0 1 0 1 0 1 D2 0 0 1 1 0 0 D3 0 0 0 0 1 1 GVHD: TS.Trịnh Hoàng Hơn HVTH: Trần Hoài Tâm Luận văn thạc sĩ 116 Thiết kế thi công bước Robot đa địa hình Giao tiếp thu RF IC giải mã PT2272-L4 với vi điều khiển gồm năm đường tín hiệu Trong đó, có bốn đường liệu (D0-D3) đường thông báo mã (VT) Lưu đồ giải thuật hoạt động thu RF thể hình 6.24 Khi có phím nhấn, PT2262 từ remote phát đoạn mã bao gồm địa liệu Chân VT chuyển trạng thái từ mức thấp sang mức cao IC giải mã PT2272 nhận tín hiệu RF đến địa Trình phục vụ ngắt ngồi gọi kiểm tra mức trạng thái chân liệu D0-D3 để vi điều khiển “nhận biết” phím nhấn Giá trị chân liệu tương ứng với phím thể bảng 6.2 Hình 6.24: Lưu đồ giải thuật hoạt động thu RF GVHD: TS.Trịnh Hoàng Hơn HVTH: Trần Hoài Tâm Luận văn thạc sĩ 117 Thiết kế thi công bước Robot đa địa hình 6.3.2 Lập trình điều khiển hoạt động robot đa địa hình 6.3.2.1 Lập trình điều khiển tay Trong chế độ điều khiển tay, đề tài sử dụng mạch thu phát RF điều khiển toàn hoạt động robot đa địa hình Mối quan hệ thao tác bấm phím điều khiển hoạt động robot đa địa hình thể hình 6.25 Sau phát có phím nhấn, chương trình kiểm tra phím nhấn đồng thời so sánh với phím nhấn trước Tương ứng với phím nhấn, chương trình xuất tín hiệu điều khiển (PWM DIR) điều khiển tốc độ hướng động phát động thông qua mạch cơng suất điều khiển động Hình 6.25: Lưu đồ giải thuật hoạt động điều khiển tay Remote phát tín RF sử dụng luận văn gồm 12 phím bấm, gán cho 12 chức Mỗi chức có hành động cụ thể thể cụ thể bảng 6.3 bên Do yêu cầu công suất hoạt động leo thang nên phải điều khiển tốc độ tối đa động phát động với Duty cycle 100% Ngược lại q trình GVHD: TS.Trịnh Hồng Hơn HVTH: Trần Hoài Tâm Luận văn thạc sĩ 118 Thiết kế thi cơng bước Robot đa địa hình xuống thang để, robot đa địa hình tránh trạng thái thăng bằng, đổ nhào phải điều khiển tốc độ động mức thấp với Duty cycle từ 10%-20% Bảng 6.3: Hành động robot đa địa hình ứng với nút lệnh Hành động Phím Bánh trái Bánh phải Hướng PWM Hướng PWM Quẹo trái Thuận 100% Thuận 50% Tiến Thuận 100% Thuận 100% Quẹo phải Thuận 50% Thuân 100% Xoay trái Nghịch 100% Thuận 100% Dừng - 0% - 0% Xoay phải Thuận 100% Nghịch 100% Lùi trái Nghịch 50% Nghịch 100% Lùi Nghịch 100% Nghịch 100% Lùi phải Nghịch 100% Nghịch 50% 10 Leo thang Thuận 100% Thuận 100% 11 Xuống thang Thuận 20% Thuận 20% 12 Xuống thang chậm Thuận 10% Thuận 10% 6.3.2.2 Lập trình điều khiển tự động chế độ leo/xuống thang Trong chế độ làm việc leo/xuống thang tự động, robot đa địa hình phải đảm bảo tốc độ hai động chủ động Star-Wheel Lưu đồ giải thuật điều khiển tự động robot đa địa hình chế độ leo/xuống thang thể hình 6.26 Tùy theo trạng thái leo xuống thang mà động điều khiển xung PWM với Duty Cycle tương ứng 100% 20% Đề tài sử dụng điểu khiển PID số chương trình điều khiển lập trình ATMega128, điều khiển ln cân tốc độ hai động DC trình leo/xuống thang Tốc độ động DC xác định dựa vào cảm biến encoder độ phân giải 1000xung/vịng tích hợp động Đề tài sử dụng hai cảm biến đo khoảng cách Sharp GP2D12 để xác định góc nghiêng thân robot từ GVHD: TS.Trịnh Hoàng Hơn HVTH: Trần Hoài Tâm Luận văn thạc sĩ 119 Thiết kế thi công bước Robot đa địa hình phát trình chuyển trạng thái từ leo thang sang xuống thang Việc lập trình hoạt động cảm biến encoder, cảm biến hồng ngoại trình bày cụ thể nội dung trước Hình 6.26: Lưu đồ giải thuật hoạt động điều khiển tay 6.3.2.3 Lập trình điều khiển tự động chế độ di chuyển mặt phẳng Trong chế độ điều khiển tự động di chuyển mặt phẳng, đề tài sử dụng phương pháp điều khiển tương tự robot di động ba bánh Như phần mơ phỏng, tốn đặt để di chuyển theo bề mặt tường ln cách tường khoảng Yd đặt trước Robot đa địa hình khơng có đồ hay thơng tin mơi trường làm việc, robot điều hướng theo phương pháp phản ứng Sơ đồ thuật tốn robot đa địa hình trình bày hình 6.27 Thực tế, hai thơng số sai số góc định hướng, khoảng cách so với tường đo hai GVHD: TS.Trịnh Hoàng Hơn HVTH: Trần Hoài Tâm Luận văn thạc sĩ 120 Thiết kế thi cơng bước Robot đa địa hình cảm biến siêu âm SRF05 Khi có sai lệch nhiệm vụ điều khiển mờ đưa tín hiệu điều khiển, điều khiển hai động theo luật thiết kế để đưa robot quỹ đạo yêu cầu Hình 6.27: Lưu đồ giải thuật hoạt động điều khiển tay GVHD: TS.Trịnh Hoàng Hơn HVTH: Trần Hoài Tâm Luận văn thạc sĩ 121 Thiết kế thi cơng bước Robot đa địa hình Chương KẾT QUẢ, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 7.1 KẾT QUẢ Đề tài tiến hành nghiên cứu, thiết kế thi công bước robot đa địa hình có khả làm việc nhiều địa hình khác mặt dốc, nghiêng, gồ ghề, có vật cản, đặc biệt khả leo thang Mơ hình khí robot đa địa hình 7.1 sử dụng cấu chủ động StarWheel với kích thước thực, mơ hình có khả vận hành tốt điều kiện làm việc thực tế Nhờ số cải tiến mơ hình so với đề tài tham khảo trước đó, mơ hình hoạt động linh hoạt hơn, giảm va đập tiếng ồn q trình leo thang Mơ hình robot đa địa hình mơ hình tổng thể từ nhiều chi tiết hợp thành, tổng hợp thiết bị sử dụng mơ hình thể bảng 7.2 Hình 7.1: Mơ hình thực tế robot đa địa hình GVHD: TS.Trịnh Hoàng Hơn HVTH: Trần Hoài Tâm Luận văn thạc sĩ 122 Thiết kế thi công bước Robot đa địa hình Bảng 7.1: Thơng số kỹ thuật robot đa địa hình Giá trị Đơn vị Chiều dài 90 cm Chiều rộng 58 cm Chiều cao 58 cm Di chuyển 0,5 m/s Leo thang 0,7 bậc/s Khung 15 kg Cơ cấu chủ động Star-Wheel 2x16 kg Bộ truyền động 10 kg Ắc quy, động cơ, bánh xe phụ 30 kg Tổng cộng 88 kg Thông số kỹ thuật Kích thước Vận tốc tối đa Khối lượng Bảng 7.2: Bảng tổng hợp chi tiết thiết bị robot đa địa hình Số lượng Đơn vị Động DC 20V-64W tích hợp Encoder Mơ hình Ắc quy 12V-6Ah + 12V-2,2Ah 2+1 khí Hộp giảm tốc 03 cấp, tỉ số truyền 1:90 Bánh xe Φ28 + Φ20 7+2 bánh Mạch điều khiển trung tâm mạch Phần cứng Mạch công suất điều khiển động mạch mạch Mạch thiết bị giao tiếp mạch điều khiền Mạch thu phát RF Cảm biến hồng ngoại Sharp GP2D12 Cảm biến siêu âm SRF05 Thiết bị Trong hai chế độ làm việc, đề tài sử dụng hai phương điều khiển độc lập Phương pháp điều khiển mờ vị trí robot cho chế độ làm việc mặt phẳng phương pháp điều khiển PID tốc độ động cho chế độ leo thang GVHD: TS.Trịnh Hoàng Hơn HVTH: Trần Hoài Tâm Luận văn thạc sĩ 123 Thiết kế thi công bước Robot đa địa hình Mơ hình động DC mơ hình động học robot đa địa hình xây dựng mơ hình hóa phần mềm mơ Matlab-Simulink Lý thuyết điều khiển mờ điều khiển PID nghiên cứu để xây dựng điều khiển mờ điều khiển PID Khảo sát hệ thống mô cho kết quả: điều khiển PID đạt yêu cầu thiết kế vọt lố, thời gian đáp ứng, sai số xác lập ; điều khiển mờ đạt yêu cầu đề đưa robot quỹ đạo đặt trước Khảo sát đánh giá tính khả thi điều khiển, từ xây dựng vào mơ hình thực tế Điều khiển hoạt động mơ hình robot đa địa hình dựa vào ứng dụng vi điều khiển, cảm biến siêu âm, encoder, …Sau hoàn thành việc thiết kế mạch điều khiển mạch công suất, tiến hành lập trình cho vi điều khiển AVRATMega128 Kết hoạt động robot đa địa hình ba chế độ điều khiển: Trong chế độ điều khiển robot đa địa hình remote phát tín hiệu RF, robot vận hành tốt tất yêu cầu từ người điều khiển Phạm vi khoảng cách điều khiển lên đến 100m Trong chế độ điều khiển tự động robot đa địa hình leo/xuống thang, robot vận hành leo thang xuống thang ổn định, va đập tốc độ tương đối cao Cảm biến hồng ngoại GP2D12 đo khoảng cách làm việc tốt để robot thay đổi từ trạng thái leo thang sang xuống thang Trong chế độ điều khiển tự động robot đa địa hình mặt phẳng, cảm biến siêu âm SRF05 đo khoảng cách cho kết xác Tuy nhiên, ràng buộc kết cấu khí kết điều khiển thực tế điều khiển mờ chưa mang lại kết mong đợi Hạn chế tồn cần khắc phục đề tài tương lai 7.2 KẾT LUẬN Robot sản phNm thể tích hợp liên ngành khí, điện tử điều khiển Nghiên cứu, thiết kế chế tạo robot đòi hỏi am hiểu nhiều lĩnh vực kiến thức khác bên cạnh điều kiện khoa học kỹ thuật, kinh phí, thời gian thực hiện… Trên sở điều kiện sẵn có, đề tài “Thiết kế thi cơng bước robot đa địa hình” bước đầu thực thành cơng mơ hình GVHD: TS.Trịnh Hoàng Hơn HVTH: Trần Hoài Tâm Luận văn thạc sĩ 124 Thiết kế thi công bước Robot đa địa hình robot có khả hoạt động môi trường làm việc đa dạng, đặc biệt khả leo thang Do giới hạn thời gian thực hiện, kinh phí điều kiện nghiên cứu nhiều khó khăn; kết đạt đề tài nhiều hạn chế, nhiên đề tài giải mục tiêu đặt Nét bật nghiên cứu thi cơng mơ hình robot đa địa hình có khả làm việc điều kiện thực tế, mơ hình có nhiều cải tiến ưu điểm vượt trội so với nghiên cứu tham khảo Sự phát triển ngành robot Việt Nam bước đầu cần có thời gian Tuy nhiên, nỗ lực theo đuổi nghiên cứu robot có ý nghĩa quan trọng phát triển khoa học công nghệ Việt Nam Do đó, kết đạt đề tài ngồi ý nghĩa khoa học cịn mang giá trị tinh thần cổ vũ cho hoạt động học tập, nghiên cứu chế tạo robot mẻ sinh viên trường Đại học Bách Khoa TP.HCM nói riêng sinh viên nước nói chung 7.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Mơ hình robot đa địa hình có khối lượng xấp xỉ 90kg, tương lai sử dụng vật liệu nhẹ, bền trình thiết kế Nhằm giảm khối lượng thân robot, tăng tải trọng mà robot mang vác q trình làm việc Bên cạnh cải tiến kết cấu khí để robot đa địa hình hoạt động địa hình đa dạng như: ao, hồ, đầm lầy… Kỹ thuật “thị giác máy tính” bước đầu việc phát cầu thang Tương lai ứng dụng hệ thống camera kết hợp với “máy tính nhúng” để tăng tốc độ xử lý thực nhiều thao tác xử lý Ngoài việc phát cầu thang, chướng ngại vật cịn phân biệt mơi trường làm việc, xác định khoảng cách từ robot đến đối tượng phát lập đồ quỹ đạo cho hoạt động di chuyển robot đa địa hình mơi trường làm việc Từ mơ hình robot với hai cảm biến siêu âm, có khả di chuyển bám tường ta mở rộng với hệ thống nhiều thiết bị cảm biến như: cảm biến siêu âm, cảm biến phát chuyển động, cảm biến gia tốc, cảm biến đo nhiệt độ, cảm biến định vị, cảm biến la bàn Như vậy, robot đa địa hình có khả định vị, phát GVHD: TS.Trịnh Hoàng Hơn HVTH: Trần Hoài Tâm Luận văn thạc sĩ 125 Thiết kế thi công bước Robot đa địa hình vật cản, phát cháy…, kết hợp với “thị giác máy tính” robot có khả tự lập đồ hoạt động di chuyển hoàn toàn tự động tất chế độ làm việc Phần cứng điều khiển hoạt động robot đa địa hình Atmega128 cịn hạn chế tốc độ khả xử lý Để tăng tốc độ xử lý điều khiển hệ thống thời gian thực, sửng dụng vi điều khiển 32bit họ ARM 16bit họ dsPIC giao tiếp với máy tính nhúng GVHD: TS.Trịnh Hoàng Hơn HVTH: Trần Hoài Tâm Luận văn thạc sĩ 126 Thiết kế thi công bước Robot đa địa hình TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh [1] Mohsen M.Dalvand and Majid M.Moghadam Stair Climber Smart Mobile Robot Autonomous Robots 20, 3-14, 2006 [2] E.Mihankhah, A.Kalantari, E.Aboosaeedan, H.D.Taghirad and S.Ali.A.Moosavian Autonomous staircase detection and stair climbing for a tracked mobile robot using fuzzy controller Proceedings of the 2008 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics Bangkok, Thailand, February 21 - 26, 2009 [3] E.Z.Moore and M.Buehler Stable stair climbing in a simple hexapod robot Proceedings of the 4th International Conference on Climbing and Walking Robots Karlsruhe, Germany, September 24 - 26 , 2001 [4] Byeong-Sang Kim, Quy-Hung Vu, Jae-Bok Song, and Chung-Hyuk Yim 06/10/2009 Novel design of a small field robot with multi-active crawlers capable of autonomous stair climbing Journal of mechanical science and technology Volume 24, Number 1, pp 343-350 [5] Nadeesha Ranasinghe, Jacob Everist, Wei-Min Shen Modular Robot Climbers Proceedings of 2007 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems IROS 2007 Workshop on SelfReconfigurable Robots, Systems & Applications San Dieogo, CA, USA 11/2007 [6] Alfredo Rivera, Timothy Studley Design and Manufacturing Proposal for a Stair-Climbing Wheelchair without an External Power Source 11/05/2007 [7] Giorgio Bozzini, Luca Bruzzone, Riccardo Oderio, Giuseppe Quaglia, Roberto Razzoli Design of the small mobile robot Epi.q-2 Proceedings of the XIX Congress AIMETA - Italian Association for Theoretical and Applied Mechanics AIMETA 2009 Ancona, Italy September 14-17 GVHD: TS.Trịnh Hoàng Hơn HVTH: Trần Hoài Tâm Luận văn thạc sĩ [8] 127 Thiết kế thi công bước Robot đa địa hình Wai Phyo Aung Analysis on Modeling and Simulink of DC Motor and its Driving System Used for Wheeled Mobile Robot World Academy of Science, Engineering and Technology 32 2007 [9] Vamsi Mohan Peri Master Thesis: “Fuzzy logic controller for An autonomous mobile robot” Cleveland State University May, 2005 [10] Daniel M.Helmick, Stergios I.Roumeliotis, Michael C.McHenry, Larry Matthies 2002 Multi-Sensor, High Speed Autonomous Stair Climbing Proceedings of 2002 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems Volume pp 733 -742 Lausanne Switzerland [11] John D.Martens, Wyatt S.Newman Stabilization of a mobile robot climbing stairs Proceedings of 1994 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems pp 2501 - 2507 San Diego, CA, USA [12] B.Horan, S Nahavandi, D.Creighton and E Tunstel 2007 Fuzzy Haptic Augmentation for Telerobotic Stair Climbing Proceedings of 2007 IEEE/RSJ International Conference on Systems, Man and Cybernetics pp 2437-2442 Piscataway, N.J [13] Solomon Steplight, Geo rey Egnal, Sang-Hack Jung, Daniel B Walker, Camillo J Taylor and James P Ostrowski A Mode-Based Sensor Fusion Approach to Robotic Stair-Climbing Proceedings of 2000 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems pp 1113-1118 [14] Ming-Shyan Wang, Ying-Shieh Kung, and Yi-Ming Tu 2009 Fuzzy Logic Control Design for a Stair-Climbing Robot International Journal of Fuzzy Systems, Vol.11 No.3 09/2009 [15] Yalin Xiong, Larry Matthies Vision-Guided Autonomous Stair Climbing Proceedings of the 2003 IEEE International Conference on Robotics and Automation pp.1842-1847 San Francisco 04/2000 [16] Quaglia G, Maffiodo D, Franco W, Appendino S, Oderio R 2010 The Epi.q-1 Hybrib Mobile Robot International Journal of Robotics Research, Vol.29 pp 81-91 GVHD: TS.Trịnh Hoàng Hơn HVTH: Trần Hoài Tâm Luận văn thạc sĩ [17] 128 Thiết kế thi công bước Robot đa địa hình M.A Fischler and R.C Bolles, “Random Sample Consensus: a Paradigm for Model Fitting with Application to Image Analysis and Automated Cartography,” in Communications of the ACM, Vol 24, Issue 6, pp 381395, 1981 [18] R Hartley and A Zisserman, “Multiple View Geometry in Computer Vision,” Cambridge Uni Press, March 2004 (Chaps and 4) [19] Canny, J., A Computational Approach To Edge Detection, IEEE Trans Pattern Analysis and Machine Intelligence, 8(6):679–698, 1986 [20] H.H.Trinh, “Geometrical Enviroment Understanding by Building Recognition for The Intelligent Transportation and Robot Systems” Tiếng Việt [21] Nguyễn Thị Phương Hà, Huỳnh Thái Hoàng Lý thuyết điều khiển tự động Nhà xuất Đại học quốc gia TP.HCM [22] Nguyễn Phương Hà Lý thuyết điều khiển đại Đại học Bách khoa, Đại học QG TP.HCM, 2008 [23] Nguyễn Hữu Lộc Cơ sở thiết kế máy Nhà xuất Đại học quốc gia TP.HCM, 2009 [24] Lương Mạnh Bá, Nguyễn Thanh Thủy Nhập môn xử lý ảnh số Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2006 [25] Lê Văn Khanh, Lô Văn Dưng, Trương Minh Huy Máy tính nhúng xử lý ảnh điều khiển robot Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ Đại học Đà Nẵng năm 2010 Website http://www.hocavr.com/ http://www.alldatasheet.com/ http://en.wikipedia.org GVHD: TS.Trịnh Hoàng Hơn HVTH: Trần Hồi Tâm PHẦN LÝ LNCH TRÍCH NGANG Họ tên: TRẦN HOÀI TÂM Ngày, tháng, năm sinh: 20/09/1986 Nơi sinh: Cần Thơ Địa liên lạc: 7B khu tập thể T82, Nguyễn Văn Cừ, Q.Ninh Kiều, TP.Cần Thơ QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Đại học Chế độ học: Chính quy Thời gian học: 2004-2008 Nơi học: Trường Đại học Cần Thơ Ngành học: Cơ-Điện tử Cao học Chế độ học: Chính quy Thời gian học: từ 2009 đến Nơi học: Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM Ngành học: Tự động hóa (tại Cần Thơ) Q TRÌNH CƠNG TÁC Hiện học viên cao học, chưa làm ... 1- TÊN ĐỀ TÀI: ? ?THI? ??T KẾ VÀ THI CƠNG CÁC BƯỚC CƠ BẢN ROBOT ĐA ĐNA HÌNH” 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Thi? ??t kế thi công phần khí cho robot đa địa hình Giải thuật điều khiển robot đa địa hình Ứng dụng “thị... phát từ lý trên, đề tài ? ?Thi? ??t kế thi công bước robot đa địa hình? ?? thực 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Đề tài tiến hành thi? ??t kế thi công bước robot đa địa hình hoạt động hai địa hình làm việc đặc trưng:... chuyển mặt phẳng robot đa địa hình GVHD: TS.Trịnh Hoàng Hơn HVTH: Trần Hoài Tâm Luận văn thạc sĩ 17 Thi? ??t kế thi công bước Robot đa địa hình Chương THI? ??T KẾ MƠ HÌNH CƠ KHÍ ROBOT ĐA ĐNA HÌNH 2.1 TÍNH