Một robot bắt bóng đã được xây dựng tại phòng thí nghiệm Miyazaki tại trường đại học Osaka Nhật bản để kiểm tra kết quả đã được mô phỏng. Cấu tạo của robot gồm: một CCD camera IEEE 1394 với góc mở lớn và bộ phận bắt bóng được gắn trên một robot di động giao tiếp với PC thông qua cổng RS-232C. Chiều dài và chiều rộng của đế robot là 300 mm và tốc độ tối đa là 2m/s. Máy bắn bóng có thể bắn bóng theo nhiều hướng khác nhau để đảm bảo tính ngẫu nhiên. Robot có hình dạng và kích thước như trong hình 3.25 và hình 3.26
88
Hình 3.26 Robot bắt bóng trong thực tế
Quá trình thực nghiệm được tiến hành như sau: máy bắn bóng bắn bóng về phía trước robot. Khi thông tin hình ảnh của bóng được nhận bởi camera gắn trên robot, hàm lối ra của mô hình được tính để tìm ra vận tốc quay cho các bánh robot, vận tốc này sau đó được truyền cho robot thông qua các lệnh điều khiển chuyển động và robot bắt đầu di chuyển để bắt bóng. Hình ảnh của bóng và máy bắn bóng được cập nhật một cách liên tục và từ những thông số này tính toán ra sự thay đổi vận tốc của bánh xe robot.
89
Các hình dưới đây mô tả robot bắt bóng trong thực tế. Trong các hình 3.28, 3.30, 3.32, 3.34, 3.36 và 3.38 là sự so sánh giữa các đại lượng đo được trong quá trình mô phỏng và các đại lượng trên thực tế với thứ tự lần lượt là:
a) Vận tốc bánh trái của robot b) Vận tốc bánh phải của robot c) Vận tốc dài của robot
d) Vận tốc góc của robot
e) Tọa độ của bóng trong hệ tọa độ camera f) Mô hình robot
Ta thấy rằng kết qủa đo được trong thực tế và kết qủa mô phỏng là tương đối giống nhau.
Các hình 3.29, 3.31, 3.33, 3.35, 3.37 và 3.39 là hình ảnh chụp robot trong toàn bộ quá trình bắt bóng sau mỗi 0,2s. Bóng được tung lên với độ cao khoảng 50cm về phía trước của robot, khi thông tin hình ảnh của bóng được nhận bởi camera gắn trên robot, giá trị Fnom của hàm lối ra của mô hình được tính để tìm ra vận tốc quay cho các bánh robot, vận tốc này sau đó được truyền cho robot thông qua các lệnh điều khiển chuyển động và robot bắt đầu di chuyển để bắt bóng. Hình ảnh của bóng được cập nhật một cách liên tục và từ những thông số này tính toán ra sự thay đổi vận tốc của bánh xe robot. Khi hình ảnh của bóng trên camera biến mất, vận tốc robot được đặt về 0 và robot dừng lại.
90
a) b)
c) d)
e) f)
91
92
a) b)
c) d)
e) f)
93
94
a) b)
c) d)
e) f)
95
96
a) b)
c) d)
e) f)
97 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
98
a) b)
c) d)
e) f)
99
100
a) b)
c) d)
e) f)
101
102
KẾT LUẬN
Trong những năm gần đây lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng robot di động sử dụng thị giác máy phát triển rất mạnh. Nhiều robot di động đã ra đời trong các phòng thí nghiệm và ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày. Để tạo ra một robot di động thực hiện những công việc nào đó ngoài các kết cấu cơ khí phải có hệ thống các cảm biến thông minh để thu thập thông tin từ môi trường xung quanh và chương trình phần mềm điều khiển robot. Những điều này đòi hỏi người thiết kế xây dựng robot phải có những kiến thức về cơ khí, điện tử và công nghệ thông tin đổi lại nghiên cứu robot di động đem lại nhiều điều bổ ích và lý thú.
Là một ngành nghiên cứu mới tại Việt Nam, robot di động đã dần dần được phát triển từng bước thông qua các cuộc thi Robocon được tổ chức hàng năm và các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Những kết quả đạt được đã thúc đẩy thêm những nghiên cứu sâu hơn về robot di động đặc biệt là những robot có trang bị thị giác máy để dần dần đưa robot di động vào cuộc sống hàng ngày.
Qua việc tìm hiểu các đặc tính và các thành phần của robot di động, khóa luận này trình bầy quá trình nghiên cứu, xây dựng một robot di động có khả năng bám và bắt bóng nhờ vào cảm biến hình ảnh là một camera CCD.
Chương 1 trình bày tổng quan về cấu tạo robot di động trong đó tập trung vào bộ phận chuyển động và các cảm biến cho robot. Chương 2 là khái quát quá trình thu nhận và tiền xử lý ảnh số thông qua ảnh thu được từ một loại cảm biến đang được sử dụng nhiều hiện nay trong robot di động đó là camera CCD. Chương 3 và cũng là chương chính của khóa luận trình bày về các mô hình của robot bắt bóng và quá trình mô phỏng thực nghiệm robot bắt bóng.
103
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
[1] La Tuan Anh, F. Miyazaki and R. Mori, “Mobile Robot Catching Ball based on LOT Strategy”, The 22nd Annual Conference of the Robotics Society of Japan 2004.
[2] Lã Tuấn Anh, “Robot bắt bóng”, Hội nghị toàn quốc lần thứ VI về Tự động hóa (VICA6), 2005.
[3] Lã Tuấn Anh, “Robot bắt bóng”, Tạp chí khoa hoc ĐHQGHN, KHTN&CN, T.XXI, Số 2PT., 2005.
104
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] Nguyễn Thiện Phúc, Robot-Thế giới công nghệ cao của bạn, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004.
[2] Lương Mạnh Bá, Nguyễn Thanh Thủy, Nhập môn xử lý ảnh số, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 1999.
[3] Trần Quang Vinh, Nguyên lí phần cứng và kỹ thuật ghép nối máy tính , NXB Giáo dục, 2003.
[4] Lã Tuấn Anh, “Robot bắt bóng”, báo cáo khoa học trong Hội nghị toàn quốc lần thứ VI về Tự động hóa (VICA6), trang 35-40, tháng 4 năm 2005.
[5] Vũ Bá Huấn, “Ngiên cứu, thiết kế và thử nghiệm hệ camera bám và theo dõi đối tượng chuyển động”, Luận văn thạc sỹ, 2005.
Tiếng Anh
[6] Roland Siegwart, Illah R. Nourbakhsh, Introduction to Autonomous Mobile Robots, The MIT Press, 2004. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[7]Stefan Florczyk, Robot Vision, Video-based Indoor Exploration with Autonomous and Mobile Robots, WILEY-VCH Verlag GmbH&Co.KgaA, 2005. [8] R. Mori, F. Miyazaki: "Examination of Human Ball Catching Strategy through Autonomous Mobile Robot", proceedings 2002 IEEE International Conference on Robotics and Automation, pages 4236-41, 2002.
[9] S. Chapman: “Catching a Baseball”, American Journal of Physics, vol. 36, pp. 868-870, 1968.
[10] P. McLeod, Z. Dienes: "Running to Catch the Ball", Nature, 362, 1993.
[11] M. K. McBeath, D. M. Shaffer, M. K. Kaiser: "How Baseball Outfielders Determine Where to Run to Catch Fly Balls", Science, 268, pages 569-573, 1995.
105
[12] A. Suluh, K. Mundhra, T. Sugar, M. McBeath: "Spatial Interception for Mobile Robots", proceedings 2002 IEEE International Conference on Robotics and Automation, pages 4263-68, 2002.
[13] E. Aboufadel: "A Mathematician Catches a Baseball", American Mathematics Monitor, 103, pages 870-878, 1996.
[14] J. A. Borgstadt, N. J. Ferrier: “Interception of a Projectile Using a Human Vision-Based Strategy”, proceedings of 2000 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA2000), 2000.
[15] K. Mundhara, A. Suluh, T. Sugar, M. McBeath: “Intercepting a Falling Object: Digital Video Robot", Proceedings of 2002 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA2002), pp. 2060-2065, 2002.
[16] M. Bueheler, D. E. Koditschek, P. J. Kindlmann: “Planning and Control of Robotic Juggling and Catching Tasks", International Journal of Robotic Research, Vol. 13, No. 2, pp. 101-118, 1994.
[17] Ryosuke Mori, Fumio Miyazaki: “GAG(Gaining Angle of Gaze) Strategy for Ball Tracking and Catching Task", Proceedings of 2002 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS2002), Vol. 1, pp. 281-286, EPFL, Switzerland, October 2002.
[18] Ryosuke Mori, Koichi Hashimoto, Fumiaki Takagi, Fumio Miyazaki: Examination of Ball Lifting Task using a Mobile Robot, proceedings 2004 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp.369-374. (Sendai, Japan, 2004.9.30)
[19] Fumio Miyazaki, Ryosuke Mori: Realization of Ball Catching Task using a Mobile Robot, proceedings 2004 IEEE International Conference on Networking Sensing and Control, pp.58-63. (Taipei, Taiwan, 2004.3.22)
[20] La Tuan Anh, F. Miyazaki R. Mori: “Mobile Robot Catching Ball based on LOT Strategy”, The 22nd Annual Conference of the Robotics Society of Japan 2004.