Hoạch định đường đi tối ưu cho robot di động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN LÊ THANH NGUYÊN TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ HOẠCH ĐỊNH ĐƯỜNG ĐI TỐI ƯU CHO ROBOT DI ĐỘNG Chuyên ngành : TỰ ĐỘNG HÓA Mã số:……………… LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG –HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS HUỲNH THÁI HOÀNG (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng 12 năm 2012 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) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ THANH NGUYÊN MSHV: 11150092 Ngày, tháng, năm sinh: 13-08-1988 Nơi sinh: Tây Ninh Chuyên ngành: Tự động hóa Mã số : I TÊN ĐỀ TÀI: HOẠCH ĐỊNH ĐƯỜNG ĐI TỐI ƯU CHO ROBOT DI ĐỘNG II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: a Tính tốn, mơ phỏng, quy hoạch quỹ đạo tối ưu cho robot di động, di chuyển mơi trường nhà b Thiết kế mơ hình robot di động, minh họa điều khiển bám theo quỹ đạo tính tốn III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo QĐ giao đề tài) 2/7/2012 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo QĐ giao đề tài) 30/11/2012 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): TS HUỲNH THÁI HOÀNG Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên chữ ký) TÓM TẮT Ngày nay, khoa học, kỹ thuật phát triển; sống người nâng cao; cải thiện chất lượng Khi nhu cầu sống tăng cao; người quan tâm nhiều đến tiện nghi; sức khỏe v.v Đó lý mà việc tự động hóa hồn tồn thiết bị gia đình, tạo robot thông minh để phục vụ người lại nhận quan tâm nhiều giới khoa học Để góp phần tự động hóa robot di động; xe lăn thông minh để phục vụ nhu cầu người, việc hoạch định quỹ đạo đường cho robot, không gian nhà, điều vô cấp thiết mẻ lĩnh vực điều khiển robot nước ta Điều mở hướng nghiên cứu mới, góp phần hồn thiện việc tự động hóa xe lăn thơng minh; tối ưu hóa điều khiển robot tự hành, đặc biệt áp dụng vào nhiều lĩnh vực khác sống, sản xuất, quốc phòng; hàng khơng v.v Chính vậy, luận văn tốt nghiệp đề xuất cách tiếp cận hướng giải quết cho việc “hoạch định đường tối ưu cho robot di động” Thuật tốn sử dụng bao gồm limit-cycle ( chu kì giới hạn) kết hợp với giải thuật di truyền mã số thực, để tính tốn đưa quỹ đạo tối ưu cho robot di chuyển từ điểm A đến điểm B cho trước, môi trường nhà Việc kết hợp thuật toán lại với phát huy điểm mạnh thuật toán, đồng thời loại bỏ khuyết điểm Kết việc tính tốn mơ máy tính, robot di động thiết kế với mục đích bám theo đường đưa để chứng minh kết tính tốn quỹ đạo điều khiển để bám theo Vì lý thuyết cho điều khiển bám theo đường sử dụng Trong tương lai, mở rộng nghiên cứu phát triển hoàn thiện cho đối tượng cụ thể xe lăn thông minh, xe tự hành v.v Bên cạnh đó, kết đề tài đưa góc nhìn mới; hướng tiếp cận việc điều khiển robot tự hành nước ta, đặc biệt robot hoạt động nhà để phục vụ cho người Abstract Today, scientific and technical development; human life is improved; improved in quality and quantity As demand increased life; humans more and more concerned with convenience; health etc That is also the reason why the complete automation of the device in the family, creating intelligent robot to serve people get a lot of attention of the scientific community To contribute to the automation of mobile robots; intelligent wheelchair to serve the needs of the people, then the trajectory for robot path planning in indoor space, is extremely urgent and new for the field of robot control in our country This will open up a new direction of research, contributing more complete automation of intelligent wheelchair; optimization of robot self-control, and in particular can be applied to many other areas in the life, production and defense; etc Therefore, the thesis will suggest approaches and solutions for scanning the "optimal path planning for mobile robot" Main algorithms used include limit-cycle (the limit cycle) combined with genetic algorithm code, to calculate and come up with the optimal trajectory for the robot to move from point A to point B before, in the indoor environment The combination of algorithms together will promote the strengths of each algorithm, while eliminating the cons The results of the calculation will be simulated on a computer, and a mobile robot designed for the purpose of sticking the path is given to demonstrate that the trajectory calculation results can be controlled to follow So the theory of path following is used In the future, the results of the thesis can expand research, and development and improvements, made to specific objects such as smart wheelchairs, selfpropelled car, etc Addition, results of the project to provide a new perspective; directions new approach to autonomous robot control in our country, especially the robot operating in the service of man LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Huỳnh Thái Hoàng, ĐHBK HCM, người nhiệt tình hướng dẫn em trình thực đề tài luận văn cung cấp tài liệu giúp em định hướng nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè hỗ trợ em nhiều để hoàn thành luận văn thạc sỹ Xin chúc người sức khỏe, an lành, hạnh phúc Thân Học viên Lê Thanh Nguyên LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG HOẠCH ĐỊNH ĐƯỜNG ĐI TỐI ƯU CHO ROBOT DI ĐỘNG MỤC LỤC CHƯƠNG 1.1/ Đặt vấn đề: 1.1.1/ Giới thiệu vấn đề: 1.1.2/ Ý nghĩa khoa học: 1.2/ Nghiên cứu tổng quan: .4 1.2.1/ Tổng quan toán hoạch định quỹ đạo: 1.2.2/ Các phương pháp hoạch định quỹ đạo: .6 1.3/ Mục tiêu đề tài: 1.4/ Tính cấp thiết đề tài: 1.5/ Các phương pháp hoạch định quỹ đạo: 1.5.1/ Hoạch định trường (Potential Field Planning): 1.5.2/ Hoạch định dựa việc lấy mẫu (Sampling Based Planning): .9 1.5.3/ Hoạch định dựa vào lưới tọa độ (Grid Based Planning): 11 1.6/ Các cơng cụ giải tốn hoạch định cơng trình liên quan: 12 1.6.1/ Giải thuật di truyền (Genetic Algorithm): .12 1.6.2/ Điều khiển mờ mờ kết hợp thêm giải thuật di truyền: .14 1.6.3/ Phương pháp Q-learning: 18 1.6.4/ Phương pháp Limit Cycle (Chu kì giới hạn): 19 1.7/ Xe lăn thơng minh tốn hoạch định đường tối ưu: 22 1.8/ Hướng tiếp cận phương pháp nghiên cứu: 24 CHƯƠNG .26 2.1/ Thuật toán Limit-cycle: .26 2.1.1/ Giới thiệu: 26 2.1.2/ Limit-cycle (với vòng ảo đường tròn): 26 2.1.4/ Các điều khiển limit cycle: .30 2.2/ Giải thuật di truyền (GA): 38 2.2.1/ Giới thiệu: 38 HVTH: LÊ THANH NGUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG 2.2.2/ Giải thuật di truyền mã số thực [20]: .38 2.3/ Thuật toán bám theo khứ (Follow the Past) : 42 CHƯƠNG .46 3.1/ Tránh nhiều vật cản: 46 3.1.1/ Bẫy cục bộ: 46 3.1.2/ Gom nhiều vật cản nhỏ thành vật cản lớn: 47 3.1.3/ Chọn lựa vật để tránh: 56 3.1.4/ Kết hợp giải thuật gom vật cản chọn lựa vật cản: 61 3.2/ Không gian cục bộ: 63 3.2.1/ Thuật toán ưu tiên vùng không gian: 64 3.2.2/ Lưu đồ giải thuật thuật toán ưu tiên chọn lựa hành vi robot: 65 3.3/ Tối ưu quỹ đạo: 68 3.3.1/ Giải thuật di truyền (GA) mã số thực: .68 3.3.2/ Ứng dụng GA mã số thực vào hoạch định đường tối ưu: 69 3.3.3/ Lưu đồ giải thuật tổng hợp: 77 CHƯƠNG .78 4.1/ Tính tốn, mơ Matlab: 78 4.1.1/ Xây dựng địa hình: .78 4.1.2/ Kết tính tốn mơ Matlab: 80 4.2/ Xây dựng mơ hình kiểm chứng: 88 4.2.1/ Xây dựng mơ hình robot di động: 88 4.2.2/ Sơ đồ khối điều khiển robot: 94 4.2.3/ Thuật toán xử lý ảnh: 95 4.2.4/ Thuật toán điều khiển robot bám quỹ đạo: 96 CHƯƠNG .98 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 98 5.1/ Kết đạt được: .98 5.2 Phát triển mơ hình: 98 5.3 Phát triển thuật toán: 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 HVTH: LÊ THANH NGUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1/ Đặt vấn đề: 1.1.1/ Giới thiệu vấn đề: Ngày nay, khoa học, kỹ thuật phát triển; sống người nâng cao; cải thiện chất lượng Khi nhu cầu sống tăng cao; người quan tâm nhiều đến tiện nghi; sức khỏe v.v Đó lý mà việc tự động hóa hồn tồn thiết bị gia đình, tạo robot thông minh để phục vụ người lại nhận quan tâm nhiều giới khoa học Robot tự hành, xe lăn thông minh, nhiều nước tiên tiến giới nghiên cứu phát triển, nhiên chưa hoàn thiện hết toán hoạch định đường vấn đề mới; để mở nhiều vấn đề chưa giải Đối với nước phát triển nước ta việc tiếp cận; nghiên cứu, chế tạo robot tự hành hay xe lăn vấn đề mẻ, lý thú nhiều thử thách Trong đó, việc hoạch định đường đánh giá tốn hay mới, cần quan tâm Chính vậy, luận văn tốt nghiệp đề xuất cách tiếp cận hướng giải quết cho việc “hoạch định đường tối ưu cho robot di động” 1.1.2/ Ý nghĩa khoa học: Hoạch định quỹ đạo toán lớn ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác sống Tuy nhiên, việc giải tốn ln có khó khăn định: Việc hoạch định đường môi trường động, giới thật, gặp nhiều khó khăn Vì đối tượng có khả gây va chạm khơng đứng n Bên cạnh đó, việc đưa quỹ đạo phải phù hợp với đối tượng điều khiển Ví dụ, quỹ đạo từ A đến B quỹ đạo cho ô tô bánh với quỹ đạo cho xe Segway RMP khác nhau, tơ khơng thể đưa quỹ đạo có khúc cua gấp 90 0, xe Segway đáp ứng HVTH: LÊ THANH NGUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG Việc hoạch định chuyển động gọi hồn thành thời gian định, đồng thời đưa giải pháp xử lí đưa báo cáo xác chuyển động, điều vô phức tạp Phần lớn thuật tốn sử dụng dựa thuật tốn hình học Do vậy, việc đưa quỹ đạo sau thực phép tính phức tạp Do vậy, xây dựng giải toán hoạch định đường cho robot di động không góp phần vào việc hồn thiện giải thuật điều khiển xe lăn; mà cịn đưa góc nhìn hơn; cách tiếp cận khác việc nghiên cứu, phát triển từ mở rộng hướng nghiên cứu khác tốt hơn, tối ưu cho việc điều khiển xe lăn thông minh nói riêng điều khiển robot nói chung, đặc biệt robot tự hành, nước ta 1.2/ Nghiên cứu tổng quan: 1.2.1/ Tổng quan toán hoạch định quỹ đạo: Quy hoạch quỹ đạo di chuyển từ điểm A tới điểm B, đồng thời tránh vật cản, theo thời gian Điều có thề tính tốn phương pháp rời rạc liên tục Quy hoạch quỹ đạo lĩnh vực quan trọng robot; đóng vai trị lớn việc tự động hóa phương tiện Có thuật ngữ bản: Quy họach đường đi: đưa quỹ đạo hay đường đi, tránh vật cản mà không phụ thuộc vào thời gian, nghĩa không cần xác định thời gian robot di chuyển từ điểm A tới điểm B Quy hoạch quỹ đạo: đưa quỹ đạo hay đường đi, tránh vật cản, từ A đến B thời gian định Về bản, quy hoạch quỹ đạo quy hoạch đường dẫn bên cạnh việc lập kế hoạch di chuyển dựa yếu tố vận tốc, chuyển động đặc tính động học robot 1.2.1.1/ Khái niệm : Quy hoạch quỹ đạo đưa đường dẫn cho robot từ điểm xuất phát, cấu hình S, tới điểm mục tiêu, cấu hình G, khơng gian chiều chiều HVTH: LÊ THANH NGUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 100 200 300 400 500 600 Hình 4.17 Quỹ đạo tối ưu thu -3 2.4 x 10 2.395 Fitness function 2.39 2.385 2.38 2.375 2.37 2.365 10 20 30 Generation 40 50 60 Hình 4.18 Giá trị fitness qua nhiều hệ HVTH: LÊ THANH NGUYÊN 87 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG 4.1.2.2/ Nhận xét: Giải thuật di truyền giúp tối ưu hóa đường theo hàm tối ưu J; giúp loại bỏ nhiễm sắc thể, thông số, không phù hợp với môi trường Tuy nhiên, thân limitcycle bao hàm tính tối ưu việc hoạch định quỹ đạo cho robot Do đó, hàm thích nghi, fitness, đạt giá trị tốt khơng nhiều Ngồi ra, vị trí khác nhau, thời gian thích nghi robot khác nhau, nhiên chênh lệch thời gian tính tốn khơng nhiều; thời gian tính toán để đưa quỹ đạo tối ưu điều kiện mơi trường nhà cịn dài 4.2/ Xây dựng mơ hình kiểm chứng: Mục tiêu xây dựng mơ hình robot di động điều khiển bám theo quỹ đạo tính tốn được; nhằm minh họa cho việc đường tối ưu đưa điều khiển bám theo Do vậy, robot có nhiệm vụ chạy bám theo quỹ đạo tìm 4.2.1/ Xây dựng mơ hình robot di động: Robot bao gồm mạch điều khiển công suất, vi điều khiển pic 18f4431, 16f887 LMD18200, module MRF24J40MA Microchip Hình 4.19 Hình ảnh robot HVTH: LÊ THANH NGUYÊN 88 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG 4.2.1.1/ Mạch điều khiển, công suất MRF : J13 PIC 16 BLOCK CON5 R1 U1 J1 10k RESET OSC1 OSC2 SCK 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 J2 RE3/MCLR/Vpp RA0/AN0/ULPWU/C12IN0RA1/AN1/C12IN1RA2/AN2/VREF-/CVREF/C2IN+ RA3/AN3/VREF+/C1IN+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SS/C2OUT RE0/AN5 RE1/AN6 RE2/AN7 AVDD AVSS RA7/OSC1/CLKIN RA6/OSC2/CLKOUT RC0/T1OSO/T1CKI RC1/T1OSI/CCP2 RC2/P1A/CCP1 RC3/SCK/SCL RD0 RD1 RB7/ICSPDAT RB6/ICSPCLK RB5/AN13/T1G RB4/AN11 RB3/AN9/PGM/C12IN2RB2/AN8 RB1/AN10/C12IN3RB0/AN12/INT VDD VSS RD7/P1D RD6/P1C RD5/P1B RD4 RC7/RX/DT RC6/TX/CK RC5/SDO RC4/SDI/SDA RD3 RD2 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 PGD PGC RS EN LCD1 LCD2 LCD3 LCD4 RX_COM TX_COM 5V SUB-D 16 SW0 RS 232 VB1 U6 13 R1IN R2IN TX_COM 5V TX_MCU 11 10 T1IN T2IN MAX 232 C1 5V RX_MCU TX_MCU SDO SDI CS MAX 232 C2 MAX 232 C+ VC C PGD PGC C1+ C1C2+ C2V+ V- 12 R1OUT R2OUT RX_MCU 14 T1OUT T2OUT RX_COM MAX 232 Cng GN D 5V MAX232 MAX 232 C- 15 5V PIC16F887 HEADER 20 HEADER 20 CS SCK SDO J11 5V 3V R7 R8 R9 1K8 1K8 1K8 5V C1_FILuC C2_FILuC C3_FILuC C4_FILuC HEADER SDO1 SCK1 CS1 5V J6 J5 J3 2 J4 OSC2 CRYSTAL CON2 CON2 CON2 AMS1117 C1_OSC R10 R11 R12 3K3 3K3 3K3 CON2 J8 OSC1 SDO1 SCK1 SDI CS1 3V 10 11 12 C2_OSC SW1 J12 OSC & FIL 5V U7 L1 VIN OUT C1 100u GND POWER 2 100mH FB ON/OFF D1 5V R2 330 D02BZ2_2 C2 1000u LCD_U1 LCD_R1 10k LM2576/TO POWER JACK Led_PO RS POWER LED EN POWER 5V LCD 5V LCD1 LCD2 LCD3 LCD4 10 11 12 13 14 15 16 GND Vcc CONT RS R/W EN DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 ANOD CATOD MRF RF Title M1602A Size B Date: Document Number Monday, August 13, 2012 Rev Sheet of Hình 4.20 Mạch vi điều khiển pic 16f887 giao tiếp máy tính phát RF HVTH: LÊ THANH NGUYÊN 89 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG J1 5V PGD PGC 5V R1 CS SCK SDO CON5 SW0 U0 RESET J7 5V C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C1 C2 C3 C4 C5 LCD4 LCD3 LCD2 LCD1 OSC1 OSC2 C6 EN RS C7 CS SDO HEADER 3V R7 R8 R9 1K8 1K8 1K8 10k 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 J11 5V J2 PGD PGC 40 MCLR/VPP/RE3 RB7/KBI3/PGD 39 RA0/AN0 RB6/KBI2/PGC 38 RA1/AN1 RB5/KBI1/PWM4/PGM(2) 37 RA2/AN2/VREF-/CAP1/INDX RB4/KBI0/PWM5 36 RA3/AN3/VREF+/CAP2/QEA RB3/PWM3 35 RA4/AN4/CAP3/QEB RB2/PWM2 34 RA5/AN5/LVDIN RB1/PWM1 33 RE0/AN6 RB0/PMW0 32 RE1/AN7 VDD 31 RE2/AN8 VSS 30 AVDD RD7/PWM7 29 AVSS RD6/PWM6 28 OSC1/CLKIN/RA7 RD5/PWM4(4) 27 OSC2/CLKO/RA6 RD4/FLTA(3) 26 RC0/T1OSO/T1CKI RC7/RX/DT/SDO(1) 25 RC1/T1OSI/CCP2/FLTA RC6/TX/CK/SS 24 RC2/CCP1/FLTB RC5/INT2/SCK(1)/SCL(1) 23 RC3/T0CK1(1)/T5CK1(1)/INT0 RC4/INT1/SDI(1)/SDA(1) 22 RD0/T0CK1/T5CK1 RD3/SCK/SCL 21 RD1/SD0 RD2/SDI/SDA HEADER SDO1 SCK1 CS1 10 11 12 13 14 15 16 AMS1117 R10 R11 R12 3K3 3K3 3K3 J8 SDO1 SCK1 SDI CS1 3V 10 11 12 SCK SDI HEADER 16 PIC18f4431 MRF RF PIC 18 BLOCK 5V 5V LCD_U1 5V J6 POWER 5V J5 J3 LCD_R1 10k J4 2 RS C1_FILuC C2_FILuC CON2 CON2 CON2 C3_FILuC C4_FILuC EN CON2 C1_OSC OSC2 CRYSTAL SW1 J12 5V U7 LCD OSC1 L1 C1 100u 100mH GND FB ON/OFF RESET D1 5V C2_OSC GND Vcc CONT RS R/W EN DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 ANOD CATOD R2 330 D02BZ2_2 C2 1000u LM2576/TO POWER JACK VIN OUT LCD1 LCD2 LCD3 LCD4 10 11 12 13 14 15 16 M1602A OSC & FIL Led_PO POWER LED Title Size B Date: Document Number Wednesday , August 15, 2012 Rev Sheet of Hình 4.21 Mạch vi điều khiển pic 18f4431 nhận RF điều khiển robot HVTH: LÊ THANH NGUYÊN 90 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS HUỲNH THÁI HỒNG Hình 4.22 Mạch cơng suất LMD18200 HVTH: LÊ THANH NGUYÊN 91 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS HUỲNH THÁI HỒNG Hình 4.23 Module MRF24J40MA Microchip 4.2.1.2/ Mơ hình 3-D robot: Hình 4.24 Hình ảnh robot với hướng nhìn góc cạnh HVTH: LÊ THANH NGUYÊN 92 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS HUỲNH THÁI HỒNG Hình 4.25 Hình ảnh robot nhìn từ xuống Hình 4.26 Hình ảnh robot nhìn từ phía sau HVTH: LÊ THANH NGUYÊN 93 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG 4.2.2/ Sơ đồ khối điều khiển robot: Hình 4.27 Sơ đồ khối điều khiển robot bám quỹ đạo HVTH: LÊ THANH NGUYÊN 94 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS HUỲNH THÁI HỒNG 4.2.3/ Thuật tốn xử lý ảnh: Để định vị trí robot, sử dụng camera, thư viện ảnh OpenCV visual C++ Trên robot có gắn led đỏ xanh giúp camera xác định vị trí hướng di chuyển robot Giản đồ 4.1 Lưu đồ giải thuật xử lí ảnh HVTH: LÊ THANH NGUYÊN 95 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG 4.2.3.1/ Giao diện xử lí ảnh: Hình 4.28 Giao diện chương trình xử lí ảnh 4.2.4/ Thuật tốn điều khiển robot bám quỹ đạo: Để điều khiển robot bám theo quỹ đạo tính tốn trước, thuật tốn “chạy theo q khứ” (Follow – the – past) sử dụng: HVTH: LÊ THANH NGUYÊN 96 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG    '     '    '  '      t       Giản đồ 4.2 Lưu đồ giải thuật bám theo khứ HVTH: LÊ THANH NGUYÊN 97 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG CHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1/ Kết đạt được: Xây dựng thuật toán hoạch định đường tối ưu cho robot di động; di chuyển nhà Xây dựng địa hình để tính tốn mơ phù hợp với thực tế Tính tốn mơ phỏng, chứng minh đường thỏa mãn tiêu tối ưu mong muốn Xây dựng mơ hình robot di động, nhằm minh họa cho đường tính tốn sử dụng để robot bám theo Tóm lại, luận văn hồn thành mục tiêu đề ban đầu “hoạch định đường tối ưu cho robot di động” 5.2 Phát triển mơ hình: Để ứng dụng rộng rãi thuật tốn hoạch định đường tối ưu vào sống, việc nghiên cứu áp dụng cho đối tượng xe lăn điện cần thiết thiết thực Vì xe lăn thơng minh, tự di chuyển không gian nhà giải pháp tốt cho người bệnh nặng, người già không cịn khả tự di chuyển Đồng thời tìm hiểu, phát triển định vị cho robot, để áp dụng không gian rộng lớn Do điều kiện có hạn, nên sử dụng camera để định vị cho robot 5.3 Phát triển thuật toán: Mở rộng thêm phương pháp điều khiển bám quỹ đạo khác để đạt bám đuổi tốt Và nghiên cứu phát triển thuật toán hoạch định theo hướng khác để có cách đánh giá tổng quan vấn đề mẻ Nghiên cứu phát triển thuật toán limit – cycle (chu kì giới hạn) với vịng ảo đường cong khép kín có hình dạng Nếu làm điều góp phần lớn việc cải tiến thuật toán điều khiển robot tự hành nước ta nói riêng giới nói chung HVTH: LÊ THANH NGUYÊN 98 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ismail AL-Taharwa, Alaa Sheta and Mohammed Al-Weshah, “A Mobile Robot Path Planning Using Genertic Algorithm in Static Enviroment ”, , Al-Baqa Applied University, Al-Salt, Jordan [2] Chokri REKIK, Mohammed JALLOULI and Nabil DERBEL, “Optimal Trajectory of a Mobile Robot by a Genetic Design Fuzzy Logic Controller”, University of Sfax [3] Gene Eu Jan, Ki Yin Chang, and Ian Paberry, “Optimal Path Planning for Mobile Robot Navigation”, , IEEE/ASME Transactions on mechatronics, vol 13, No 4, August 2008 [4] Lounis Adouane, Ahmed Benzerrouk and Philippe Martinet, “Mobile Robot Navigation in Cluttered Environment using Reactive Elliptic Trajectories”, LASMEA, UBP-UMR CNRS 6602, France [5] Lounis Adouane, “Orbital Obstacle Avoidance Algorithm for Reliable and On-Line Mobile Robot Navigation”, LASMEA, UBP-UMR CNRS 6602, France [6] Haibin Duan, Senior Member, IEEE, Senqi Liu, and Xiujuan Lei, “Air Robot Path Planning Based on Intelligent Water Drops Optimization”, International Joint Conference on Neural Networks 2008 [7] Ahmed Benzerrouk, Lounis Adouane and Philippe Martinet,” Lyapunov global Stability for a Reactive Mobile Robot Navigation in Presence of bstacles”, LASMEA, Blaise Pascal University, 24, Avenue des Landais, 63177 Aubière, France [8] Parag H Batavia, Illah Nourbakhsh, “Path Planning for the Cye Personal Robot”, Carnegie Mellon University, Robotics Institute, Pittsburgh, PA 15212 [9] Dong-Han Kim, Jong-Hwan Kim, “A real-time limit-cycle navigation method for fast mobile robots and its application to robot soccer”, Department of Electrical Engineering and Computer Science, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST),Gusong-dong, Yusong-gu, Daejon 305-701, South Korea [10] Santiago Garrido, Luis Moreno, Dolores Blanco, Piotr Jurewicz, “Path Planning for Mobile Robot Navigation using Voronoi Diagram and Fast Marching”, International Journal of Robotics and Automation (IJRA), Volume (2) , Issue (1) , 2011 HVTH: LÊ THANH NGUYÊN 99 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG [11] Yang Chen1,2,3, Jianda Han1 and Liying Yang 1,3, “Path Planning of Mobile Robot in Relative Velocity Coordinates”, 1State Key Laboratory of Robotics, Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, Shenyang.2Department of Information Science and Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan.3Graduate School, Chinese Academy of Sciences, Beijing,China [12] Gene Eu Jan, Ki Yin Chang, and Ian Parberry, “Optimal Path Planning for Mobile Robot Navigation”, IEEE/ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS, VOL 13, NO 4, AUGUST 2008 [13] Gihan NAGIB* and W GHARIEB**, ” PATH PLANNING FOR A MOBILE ROBOT USING GENETIC ALGORITHMS”, * Electrical Engineering Dept., Faculty of Engineering Cairo University - Fayoum Branch, ** Computer and Systems Engineering Dept., Faculty of Engineering Ain Shams University [14] O.Hachour, “Path planning of Autonomous Mobile robot”, INTERNATIONAL JOURNAL OF SYSTEMS APPLICATIONS, ENGINEERING & DEVELOPMENT, Issue 4, Volume 2, 2008 [15] Guo-Shing Huang, Chiou-Kou Tung, Jie-Cong Ciou, “To Achieve the Path Planning of Mobile Robot for a Correct Destination and Direction Using Fuzzy Theory”, IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISlE 2009) [16] ThS Châu Mạnh Quang, “Phương Pháp Q-LEARNING Và Ứng Dụng Của Phương Pháp Này Trong Việc Gỉai Quyết Một Số Bài Toán Tìm Đường”, Bộ mơn Thiết kế máy, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Giao thông Vận tải [17] Marko Lepetic, Gregor Klančar,Igor Skrjanc, Drago Matko, Bostjan Potocnik, “PATH PLANNING AND PATH TRACKING FOR NONHOLONOMIC ROBOTS”, 2005 Nova Science Publishers [18] CHRISTOPHER J.C.H WATKINS, PETER DAYAN, “Technical Note QLearning” , 1992 Kluwer Academic Publishers, Boston Manufactured in The Netherlands [19] PGS.TS Dương Hồi Nghĩa, “Cơng Nghệ Tính Tốn Mềm ”, p.78 – p.80 [20] TS Huỳnh Thái Hoàng, “Hệ Thống Điều Khiển Thông Minh”, p.126 – p.167 [21] Yan – Qian Ye, ”Theory of Limit Cycles”, Translations Mathematical Monograhs, volume 66 [22] Richard S.Sutton and Andrew G.Barto, “Reinforcement Learning , An Introduction ” HVTH: LÊ THANH NGUYÊN 100 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG [23] Steven M LaValle, “Planning Algorithms”, University Illinois, p.146p150 [24] Sameer Ansari, Billy Gallagher, Kyel Ok, William Sica, “Planning With Uncertainty for Autonomous UAV ” [25] Hsu, D; J.C Latombe; Motwani (1997) "Path Planning in Expansive Configuration Spaces" Proc IEEE Int Conf on Robotics and Automation [27] http://en.wikibooks.org/wiki/Robotics/Navigation/Trajectory_Planning [28] http://en.wikipedia.org/wiki/Motion_planning [29] Thomas Hellstrom, Ola Ringdahl, “Follow the past – a path tracking algorithm for autonomous forest vehicles ” UMINF 04.11 [30] Thomas Hellstrom, Ola Ringdahl, Thomas Johansson, “Development of an autonomous forest machine for path tracking” [31] Jeff Wit, Carl D.Crane, David Armstrong, “Autonomous Ground Vehicle Path Tracking” [32] Và số tài liệu khác tham khảo từ internet HVTH: LÊ THANH NGUYÊN 101 ... trình hoạch định đường tối ưu cho robot di động, xây dựng mơ hình robot minh họa cho quỹ đạo tính tốn được, với: Đầu vào: tọa độ đi? ??m xuất phát, đi? ??m đến, đồ địa hình Đầu : quỹ đạo tối ưu cho robot. .. dụng hai đi? ??u khiển mờ để hoạch định đường cho robot [15] Trong đó, đi? ??u khiển mờ thiết kế để hoạch định đường cho robot; đi? ??u khiển thứ hai làm nhiệm vụ tránh vật cản để đạt đường tối ưu [15]... việc ? ?hoạch định đường tối ưu cho robot di động? ?? Thuật tốn sử dụng bao gồm limit-cycle ( chu kì giới hạn) kết hợp với giải thuật di truyền mã số thực, để tính tốn đưa quỹ đạo tối ưu cho robot di