Luận văn Thạc sĩ Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mobile robot tự hành tích hợp một số công nghệ xử lý ảnh và thuật toán hiện đại

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:94

Thêm vào BST

Báo xấu

93
lượt xem 23
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung của báo cáo luận văn gồm có những phần sau: Chương 1 - Tổng quan về luận văn. Chương 2 - Thiết kế mobile robot dạng bám vạch. Chương 3 - Xây dựng chương trình xử lý ảnh và định hướng cho mobile robot dạng bám vạch

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mobile robot tự hành tích hợp một số công nghệ xử lý ảnh và thuật toán hiện đại

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ------------------------------ TRỊNH TUẤN DƯƠNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MOBILE ROBOT TỰ HÀNH TÍCH HỢP MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH VÀ THUẬT TOÁN HIỆN ĐẠI LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ HÀ NỘI - 2020
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ------------------------------ TRỊNH TUẤN DƯƠNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MOBILE ROBOT TỰ HÀNH TÍCH HỢP MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH VÀ THUẬT TOÁN HIỆN ĐẠI Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ điện tử Mã số: 8520114.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. PHẠM MẠNH THẮNG HÀ NỘI - 2020
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu cá nhân, không sao chép lại. Tất cả những nội dung có sự tham khảo từ các tài liệu khác đều được ghi lại đầy đủ trong phần tài liệu tham khảo. Hà Nội, ngày 18 tháng 9 năm 2020 Học viên Trịnh Tuấn Dương
ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Giáo viên hướng dẫn là PGS.TS. Phạm Mạnh Thắng vì những sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy. Những sự chỉ dẫn, giúp đỡ đó có vai trò rất quan trọng giúp tôi hoàn thành được Luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Gia đình, Bạn bè, Đồng nghiệp, những người đã có sự giúp đỡ, động viên kịp thời trong thời gian tôi thực hiện Luận văn này. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 18 tháng 9 năm 2020 Học viên Trịnh Tuấn Dương
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii MỤC LỤC ....................................................................................................... iii DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................. vi DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................. vii MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LUẬN VĂN.................................................. 2 1.1 Giới thiệu chung ........................................................................................ 2 1.1.1 Giới thiệu về robot tự hành .................................................................. 2 1.1.2 Bài toán xác định vị trí và tìm đường .................................................. 3 1.2 Mục đích, đối tượng, nội dung nghiên cứu, và giới hạn của luận văn ........ 6 1.2.1 Mục đích, và đối tượng nghiên cứu của luận văn................................. 6 1.2.2 Nội dung nghiên cứu của luận văn....................................................... 8 1.2.3 Giới hạn của luận văn .......................................................................... 9 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MOBILE ROBOT ................................................ 10 2.1 Cấu tạo tổng quát của mobile robot ......................................................... 10 2.2 Thiết kế phần khung, vỏ cho mobile robot............................................... 10 2.2.1 Ứng dụng công nghệ in 3D FDM trong việc thiết kế khung, vỏ cho robot........................................................................................................... 10 2.2.2 Thiết kế, chế tạo khung vỏ của robot bằng công nghệ in 3D FDM. ... 13 2.3 Thiết kế mạch nguyên lý cho mobile robot .............................................. 15 2.4 Thiết lập chế độ làm việc cho các linh kiện ............................................. 15 2.4.1 Arduino Uno ..................................................................................... 15 2.4.2 QTR – 5RC ....................................................................................... 16 2.4.3 Module thu phát sóng Radio nRF24L01 ............................................ 18 2.4.4 Động cơ DC ...................................................................................... 19
iv 2.4.5 Module điều khiển động cơ L298 ...................................................... 20 2.4.6 Thiết lập giao tiếp cho robot .............................................................. 21 2.5 Viết chương trình điều khiển cho mobile robot ....................................... 22 CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ ẢNH VÀ ĐỊNH HƯỚNG CHO MOBILE ROBOT ................................................................ 27 3.1 Mục đích và nội dung của chương trình .................................................. 27 3.2 Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh trong luận văn ........................................ 27 3.2.1 Tổng quan về xử lý ảnh ..................................................................... 27 3.2.2 Khai thác thư viện OpenCV để hỗ trợ quá trình xử lý ảnh trong luận văn. ............................................................................................................ 28 3.2.3 Một số khái niệm và thuật ngữ quan trọng về xử lý ảnh được sử dụng trong luận văn ............................................................................................ 29 3.3 Xây dựng nguyên lý hoạt động của chương trình xử lý ảnh ..................... 31 3.4 Tạo bản đồ .............................................................................................. 32 3.4.1 Dùng ROI để xác định vùng hoạt động của robot .............................. 32 3.4.2 Xác định đường đi của robot (tìm line) .............................................. 33 3.4.3 Thu nhỏ kích thước vạch ................................................................... 35 3.4.4 Chia nút và xác định thông số của các nút ......................................... 36 3.5 Ứng dụng thuật toán Camshift trong việc truy bắt, định vị robot. ............ 37 3.5.1 Giới thiệu thuật toán Camshift........................................................... 37 3.5.2 Truy bắt robot theo thuật toán Camshift ............................................ 42 3.6 Tìm đường cho robot ............................................................................... 46 3.6.1 Giới thiệu về thuật toán A* ............................................................... 49 3.6.2 Ứng dụng thuật toán A* tìm đường cho robot ................................... 50 3.1 Dẫn hướng cho robot ............................................................................... 50 3.2 Kết quả thử nghiệm tìm đường, định vị và dẫn hướng cho robot theo thời gian thực. ...................................................................................................... 51 3.2.1 Kết quả lần thử nghiệm 1 .................................................................. 52 3.2.2 Kết quả thử nghiệm lần 2 .................................................................. 54
v 3.2.3 Kết quả thử nghiệm lần 3 .................................................................. 56 3.2.4 Kết quả thử nghiệm lần 4 .................................................................. 58 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 60 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN ........................................................................................... 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 63 PHỤ LỤC 1: MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ SẢN PHẨM, VÀ MÔI TRƯỜNG THỬ NGHIỆM CỦA LUẬN VĂN ................................................................ 65 PHỤ LỤC 2: CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN ........................................................................................... 72
vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 So sánh ưu, nhược điểm của mobile robots bám vạch và không bám vạch. ...................................................................................................................... 7 Bảng 2-1 Một vài ưu, nhược điểm của công nghệ in 3D FDM. ......................... 12 Bảng 2-2. So sánh hành vi của robot trong luận văn và các robot bám vạch sử dụng thuật toán bám đường trái hoặc bám đường phải....................................... 24 Bảng 2-3 Kết quả xác định ngã rẽ và hành vi của robot dựa trên tín hiệu trả về của cảm biến dò line. ........................................................................................... 25
vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Một mobile robots đơn giản [27]. .......................................................... 2 Hình 1.2 Nhiều công nghệ có thể được áp dụng cùng lúc để định vị và định hướng cho mobile robots [16]. .............................................................................. 3 Hình 1.3 Thiết bị BLE Beacons sử dụng công nghệ bluetooth [11]. .................... 4 Hình 1.4 Hệ thống đánh dấu AprilTags [11]. ....................................................... 4 Hình 1.5 Hệ thống định vị bằng sóng radio [17]. ................................................. 5 Hình 1.6 Hệ thống NFC tags [11]. ........................................................................ 5 Hình 1.7 Hệ thống RFID passive tags [11]. .......................................................... 6 Hình 1.8 Một mobile robot bám vạch có nhiệm vụ vận chuyển nguyên vật liệu [23]. ....................................................................................................................... 6 Hình 1.9 Hệ thống đánh dấu cho một mobile robots bám vạch từ [18]................ 7 Hình 1.10 Bản đồ chứa các vòng lặp khiến cho một số thuật toán dò đường như bám biên không thể giải đúng. .............................................................................. 8 Hình 1.11 Nguyên lý hoạt động của hệ thống....................................................... 9 Hình 2.1 Một mô hình đang được in theo công nghệ FDM [22]. ....................... 11 Hình 2.2 Mặt trước mô hình 3D mobile robot. ................................................... 13 Hình 2.3 Mặt sau mô hình 3D của mobile robot................................................. 14 Hình 2.4 Mô hình mobile robot hoàn thiện. ........................................................ 14 Hình 2.5 Mạch nguyên lý của hệ thống gồm hai phần: module phát tín hiệu và mobile robot. ....................................................................................................... 15 Hình 2.6 Board Arduino Uno [9] ........................................................................ 16 Hình 2.7 Cảm biến QTR - 5RC [16]. .................................................................. 17 Hình 2.8 Module thu phát sóng radio NRF24L01 [12]. ..................................... 18 Hình 2.9 Động cơ DC GA25 [10] ....................................................................... 19 Hình 2.10 Module điều khiển động cơ L298 [20] .............................................. 20 Hình 2.11 Cấu tạo của IC điều khiển động cơ L298........................................... 21 Hình 2.12 Sơ đồ truyền dữ liệu từ chương trình xử lý ảnh đến robot................. 21 Hình 2.13 Nguyên lý hoạt động của mobile robot .............................................. 23 Hình 3.1 Các module chính trong thư viện OpenCV [25] .................................. 28 Hình 3.2 Không gian màu RGB [24] .................................................................. 30 Hình 3.3 Không gian màu HSV [26] .................................................................. 30 Hình 3.4 Nguyên lý hoạt động của chương trình xử lý ảnh................................ 31 Hình 3.5 Bản đồ trước khi áp dụng ROI (trái) và bản đồ sau khi áp dụng ROI (phải). .................................................................................................................. 32 Hình 3.6 Kết quả xác định vạch theo bằng phương pháp phân ngưỡng nhị phân
viii ngược trên bản đồ 1. ............................................................................................ 34 Hình 3.7 Kết quả xác định vạch theo bằng phương pháp phân ngưỡng nhị phân ngược trên bản đồ 2. ............................................................................................ 34 Hình 3.8 Kết quả làm giảm kích thước vạch trên bản đồ 1 bằng phép toán co ảnh. ...................................................................................................................... 36 Hình 3.9 Kết quả làm giảm kích thước vạch trên bản đồ 2 bằng phép toán co ảnh. ...................................................................................................................... 36 Hình 3.10 Ví dụ về việc chia lưới trong một bản đồ mà đường đi có kích thước lớn [8]. ................................................................................................................. 37 Hình 3.11 Cửa sổ lọc trượt đến trọng tâm của tập hợp điểm [15]. ..................... 38 Hình 3.12 Trong thuật toán meanshift, kích thước của cửa sổ lọc không thay đổi theo sự thay đổi của đối tượng [15]. ................................................................... 40 Hình 3.13 Trong thuật toán Camshift, kích thước và hướng của cửa sỏ lọc thay đổi theo sự thay đổi của đối tượng [15]. ............................................................. 41 Hình 3.14 Sự thay đổi của Histogram khi dải chia lưới thay đổi [2]. ................. 42 Hình 3.15 Ảnh gốc, histogram và backprojection tương ứng [13]. .................... 43 Hình 3.16 Robot tự hành được đánh dấu nhận dạng bởi hai vùng màu khác nhau trên thân ............................................................................................................... 44 Hình 3.17 Kết quả định vị mobile robot tại một số vị trí khác nhau. ................. 45 Hình 3.18 Kết quả giảm nhiễu nhờ việc tinh chỉnh các giá trị HSV dùng để phân ngưỡng. ................................................................................................................ 46 Hình 3.19 Thuật toán tìm đường theo quy tắc bám phải [30]. ............................ 46 Hình 3.20 Thuật toán Pledge giúp thoát khỏi các vật cản phức tạp [30]. ........... 47 Hình 3.21 Kết quả tìm đường bằng thuật toán A* (trái) và thuật toán Dijkstra (phải). .................................................................................................................. 49 Hình 3.22 Kết quả tìm đường của lần thử nghiệm 1. .......................................... 52 Hình 3.23 Kết quả dẫn hướng cho robot theo thời gian thực của lần thử nghiệm 1. .......................................................................................................................... 53 Hình 3.24 Kết quả tìm đường lần thử nghiệm 2 ................................................. 54 Hình 3.25 Kết quả dẫn hướng cho robot theo thời gian thực của lần thử nghiệm 2. .......................................................................................................................... 55 Hình 3.26 Kết quả tìm đường của lần thử nghiệm 3. .......................................... 56 Hình 3.27 Kết quả dẫn hướng cho robot theo thời gian thực của lần thử nghiệm 3. .......................................................................................................................... 57 Hình 3.28 Kết quả tìm đường lần thử nghiệm 4 ................................................. 58 Hình 3.29 Kết quả dẫn hướng theo thời gian thực lần thử nghiệm thứ 4. .......... 59
ix Phụ lục 1. 1 Môi trường thử nghiệm hoạt động của robot. ................................. 65 Phụ lục 1. 2 Chương trình xử lý ảnh trên máy tính kết nối với Module phát qua giao tiếp Serial. .................................................................................................... 66 Phụ lục 1. 3 Góc nhìn chéo về Robot. ................................................................. 67 Phụ lục 1. 4 Mặt bên của Robot. ......................................................................... 68 Phụ lục 1. 5 Mặt lưng của Robot......................................................................... 69 Phụ lục 1. 6 Mặt sau của robot. ........................................................................... 70 Phụ lục 1. 7 Mặt đáy của Robot. ......................................................................... 71
1 MỞ ĐẦU Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mobile robot tự hành tích hợp một số công nghệ xử lý ảnh và thuật toán hiện đại” có nhiệm vụ chính là thiết kế, chế tạo một mô hình mobile robot tự hành dạng bám vạch được định vị, tìm đường và dẫn hướng nhờ vào sự kết hợp giữa các công nghệ xử lý ảnh và thuật toán tìm đường. Hướng tiếp cận này mang đến điểm mới so với các mobile robot bám vạch truyền thống là khả năng giải quyết đồng thời ba bài toán định vị, tìm đường và dẫn hướng. Nhờ áp dụng công nghệ xử lý ảnh nên robot có thể đến được vị trí bất kỳ trên đường đi mà không cần tạo các dấu trên bản đồ như phương pháp truyền thống. Đồng thời, nhờ áp dụng công nghệ xử lý ảnh, sự tương tác giữa người dùng với robot bám vạch cũng tăng lên khi người dùng có thể lựa chọn vị trí đích cho robot một cách đơn giản thông qua việc kích chuột trên ảnh của bản đồ. Nội dung của báo cáo luận văn gồm có những phần sau: Chương 1. Tổng quan về luận văn Chương 2. Thiết kế mobile robot dạng bám vạch Chương 3: Xây dựng chương trình xử lý ảnh và định hướng cho mobile robot dạng bám vạch Hướng phát triển của luận văn vẫn còn rất rộng. Vì vậy, tác giả sẽ tiếp tục nghiên cứu, phát triển nội dung của luận văn để có thể tìm hiểu sâu hơn về lĩnh vực mobile robot và hoàn thiện, nâng cao tính ứng dụng của luận văn vào thực tiễn. Báo cáo không tránh khỏi còn có những sai sót, cũng như tầm hiểu biết của tác giả chỉ có hạn nên rất mong nhận được những ý kiến đóng góp để tác giả có thể sửa chữa và cải tiến, hoàn thiện và làm phong phú thêm nội dung của luận văn. Xin chân thành cảm ơn! TÁC GIẢ
2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LUẬN VĂN 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Giới thiệu về robot tự hành Robot tự hành, hay còn gọi là AMR (autonomous mobile robot) hoặc AGV (autonomous guided vehicle) là những robot có khả năng di chuyển một cách tự động. Khác với robot công nghiệp (industrial robots) là những robot ít có tính di động hơn, mobile robot thường có khả năng tự hành trong một môi trường không kiểm soát (các robot dạng AMR) hoặc có khả năng sử dụng các cảm biến định hướng để di chuyển theo các đường đã được định trước (các robot dạng AGV). Hình 1.1 Một mobile robots đơn giản [27]. Mobile robots đang ngày càng trở nên phổ biến cả trong công nghiệp và cuộc sống. Tất cả các lĩnh vực từ y tế, quân sự, giáo dục, sản xuất hay sinh hoạt thường nhật đều có sự xuất hiện của mobile robots. Ví dụ, các bệnh viện cũng như các nhà máy đã sử dụng mobile robots suốt nhiều năm trong việc vận chuyển các dụng cụ, nguyên vật liệu. Trong gia đình, các robot hút bụi tự động ngày một phổ biến, hoạt động hiệu quả hơn và giá thành rẻ hơn. Ngoài ra, mobile robots cũng được sử dụng trong các nhiệm vụ như thám hiểm, hay các nhiệm vụ liên quan đến môi trường độc hại hoặc nguy hiểm cho con người [27].
3 1.1.2 Bài toán xác định vị trí và tìm đường Trong các vấn đề nghiên cứu liên quan đến mobile robots thì bài toán xác định vị trí và tìm đường là những bài toán rất quan trọng và vẫn đang được nghiên cứu, phát triển các giải pháp hiệu quả. Đối với bài toán tìm đường, mục tiêu của bài toán này là tìm ra đường đi phù hợp cho robots. Đường đi phù hợp ở đây là các đường đi thỏa mãn hai tiêu chí: Có khả năng dẫn tới đích, và là đường ngắn nhất. Bài toán này có thể được giải quyết một cách thủ công nhờ người lập trình hoặc cũng có thể giải quyết bằng việc cho robot dò đường. Tuy nhiên, nhược điểm của các cách trên là đường đi có thể không đúng hoặc có thể đúng nhưng không phải là đường đi ngắn nhất, và bản đồ càng phức tạp thì độ khó trong việc tìm đường càng tăng lên. Phương hướng giải quyết thứ hai là áp dụng các thuật toán tự động. Theo đó, đường đi đến đích phù hợp sẽ được tìm một cách tự động, tốc độ của việc tìm đường sẽ phụ thuộc vào loại thuật toán được áp dụng. Ưu điểm của phương pháp này là đường được tìm một cách tự động, và một số thuật toán tìm đường tự động đã được chứng minh là có thể tìm được đường đi ngắn nhất. Tuy nhiên, để có thể áp dụng được thuật toán tìm đường tự động thì cần phải có thông tin về bản đồ. Ngoài bài toán tìm đường thì một bài toán khác cũng cần được giải quyết để mobile robots có thể đi đến đích, đó là bài toán định vị (localization). Bài toán này có thể phân thành hai loại, dựa theo môi trường hoạt động của robot như sau: Định vị ngoài trời (outdoor localization) và định vị trong nhà (indoor localization). Hình 1.2 Nhiều công nghệ có thể được áp dụng cùng lúc để định vị và định hướng cho mobile robots [16]. Trong khi bài toán định vị ngoài trời có thể được giải quyết đơn giản bằng cách
4 sử dụng các cảm biến GPS thì bài toán định vị trong nhà lại khó giải quyết hơn rất nhiều do tín hiệu GPS bị yếu, thường không ổn định ở môi trường trong nhà. Do đó, bài toán định vị trong nhà vẫn đang được nghiên cứu, tìm phương pháp giải quyết thích hợp, ví dụ như áp dụng cùng lúc nhiều công nghệ để định vị và định hướng cho robot (hình 1.2). Hiện tại có một số phương pháp giải quyết bài toán này như sử dụng bluetooth, xử lý ảnh, hệ thống định vị bằng sóng radio, NFC, RFID, hay wifi [4, 11]: - BLE Beacons: Đây là các thiết bị kích thước nhỏ có thể gắn trên tường hoặc các bề mặt được thiết kế chuyên dụng trong việc định vị trong nhà. Theo đó, mobile robots sẽ phát hiện tín hiệu từ BLE Beacons, và tính toán vị trí của nó thông qua việc tính toán khoảng cách của nó so với các BLE Beacons. Hình 1.3 Thiết bị BLE Beacons sử dụng công nghệ bluetooth [11]. - AprilTags: Đây là một phương pháp giá rẻ sử dụng công nghệ xử lý ảnh để định vị. Theo đó, các điểm đánh dấu (markers) được làm theo mẫu AprilTags sẽ được dán ở các vị trí cần thiết. Mobile robots được trang bị camera sẽ nhận diện các ký hiệu này và tính toán được vị trí của mình. Hình 1.4 Hệ thống đánh dấu AprilTags [11]. - Ngoài các phương pháp đã trình bày thì còn một số phương pháp khác như sử dụng hệ thống định vị bằng sóng radio (hình 1.5), hoặc sử dụng
5 các hệ thống NFC tags (hình 1.6) hay hệ thống RFID tags (hình.17). Một số nhược điểm có thể còn tồn tại của các phương pháp trên như sau: o Giá thành cao o Một số phương pháp có độ linh động không cao, tại mỗi vị trí cần xác định lại phải gắn một module. o Nhiều phương pháp chỉ giải quyết được bài toán định vị hoặc định hướng, không giải quyết được bài toán chỉ đường. Hình 1.5 Hệ thống định vị bằng sóng radio [17]. Hình 1.6 Hệ thống NFC tags [11].
6 Hình 1.7 Hệ thống RFID passive tags [11]. 1.2 Mục đích, đối tượng, nội dung nghiên cứu, và giới hạn của luận văn 1.2.1 Mục đích, và đối tượng nghiên cứu của luận văn Hình 1.8 Một mobile robot bám vạch có nhiệm vụ vận chuyển nguyên vật liệu [23].
7 Đối tượng nghiên cứu của luận văn là mobile robot dạng bám vạch. Có thể phân loại mobile robots thành hai loại là bám vạch và không bám vạch. Mỗi loại mobile robots này có ưu và nhược điểm riêng như trên bảng 1-1. Bảng 1-1 So sánh ưu, nhược điểm của mobile robots bám vạch và không bám vạch. Mobile robots không bám Mobile robots bám vạch vạch Ưu điểm Độ linh động cao vì phạm vi Hoạt động ổn định. hoạt động không bị giới hạn Chi phí thường thấp hơn so với bởi vạch. mobile robots không bám vạch. Nhược điểm Cần kết hợp nhiều loại cảm Độ linh động kém hơn so với biến cũng như các phương mobile robots bám vạch. pháp định hướng để có thể hoạt động ổn định, do đó chi phí thường đắt hơn. Hiện tại, mobile robots bám vạch khi di chuyển thường được định vị bằng cách đánh dấu (tạo các markers) như sau: Tại các vị trí cần định vị (thường là ngã rẽ) sẽ sử dụng thêm mã hóa IR [7] hoặc LED [1] để làm dấu. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là chỉ áp dụng trong môi trường làm việc không yêu cầu độ linh hoạt cao vì tại mỗi vị trí cần đến của phương tiện lại phải đặt các dấu (markers) và khi muốn thay đổi lại vị trí sẽ phải can thiệp vào việc sắp xếp các dấu. Hình 1.9 Hệ thống đánh dấu cho một mobile robots bám vạch từ [18].
8 Ngoài ra, đối với mobile robots dạng này, nếu không muốn tìm đường thủ công cho robots thì có thể cho robots tiến hành dò đường. Tuy nhiên, việc cho robots dò đường cũng rất tốn công sức và thời gian trong các trường hợp bản đồ phức tạp và việc dò đường còn không thể thực hiện được trong trường hợp bản đồ có chứa các vòng lặp. Hình 1.10 Bản đồ chứa các vòng lặp khiến cho một số thuật toán dò đường như bám biên không thể giải đúng. Vì vậy, mục đích và đối tượng nghiên của luận văn là tìm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh cũng như thuật toán tìm đường vào mobile robots bám vạch để giải quyết đồng thời bài toán định vị, tìm đường, dẫn hướng và khắc phục một số nhược điểm còn tồn tại trong việc di chuyển của mobile robots dạng bám vạch như đã nêu trên. 1.2.2 Nội dung nghiên cứu của luận văn Để đạt được mục đích các mục đích trên, luận văn sẽ tập trung vào các nội dung sau: - Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh trong việc tạo bản đồ, truy bắt và định vị robots. - Ứng dụng thuật toán tìm đường tự động trong việc tìm đường cho robots. - Ứng dụng công nghệ in 3D trong việc thiết kế, chế tạo khung vỏ cho robots. - Thiết kế, chế tạo robots có khả năng bám vạch và có khả năng được dẫn hướng thông qua công nghệ giao tiếp không dây.
9 Hệ thống được xây dựng gồm một chương trình xử lý ảnh và một mobile robot có khả năng liên kết với nhau và hoạt động theo nguyên lý như trên hình 1.11 Hình 1.11 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Ảnh được gửi về từ một camera gắn ngoài sẽ được thu thập bởi chương trình xử lý ảnh trên laptop. Sau đó, chương trình xử lý ảnh sẽ xử lý, phân tích và gửi những dữ liệu về đường đi tới robot theo thời gian thực. Mobile robots sẽ liên tục cập nhật dữ liệu từ cảm biến và dữ liệu được gửi về từ chương trình xử lý ảnh để có thể di chuyển đến đích. 1.2.3 Giới hạn của luận văn Từ lý thuyết đến thực tế là một chặng đường dài, và với tốc độ phát triển hiện nay thì công nghệ và kiến thức thay đổi không ngừng. Với tầm hiểu biết hạn hẹp của tác giả thì khó lòng giải quyết được nhiều yêu cầu trên thực tế vì nhiều khi chỉ cần thêm một yêu cầu cũng khiến khối lượng kiến thức liên quan cũng như độ khó tăng lên nhiều lần. Do đó, luận văn chỉ tập trung vào xây dựng một hệ thống chứng minh được tính khả thi của luận văn và giới hạn như sau: - Mobile robots ngoài việc đáp ứng được các yêu cầu của luận văn thì không còn nhiệm vụ nào khác, ví dụ như tải nặng. - Hệ thống được thiết kế lấy ảnh đầu vào từ một camera, thỏa mãn các yêu cầu cơ bản của luận văn nhưng chưa được thiết kế để xử lý hết các tình huống đặc biệt, đột xuất có thể xảy ra.