Download luận văn đồ án tốt nghiệp với đề tài: Xe tự hành tránh vật cản, cho các bạn làm luận văn tham khảo

1. Báo cáo thực tập tốt nghiệp
1
LỜI MỞ ĐẦU
Các Robot tự hành được ứng dụng trong đời sống ngày càng nhiều như robot vận
chuyển hàng hóa, robot kiểm tra nguy hiểm, robot xe lăn cho người khuyết tật. Robot
phục vụ sinh hoạt gia đình… Điểm hạn chế của các robot tự hành hiện tại là tính thiếu
linh hoạt và khả năng thích ứng khi làm việc ở những vị trí khác nhau. Từ những lý do đó
nảy sinh vấn đề tránh vật cản cho robot tự hành nhằm nâng cao tính linh hoạt cho robot.
Hầu hết các robot hiện đại đều có một kiểu tránh vật cản nào đó robot xác định vật cản và
dừng lại ở khoảng cách ngắn so với vật cản để tránh va chạm, đến các thuật toán tinh tế
hơn, cho phép robot di chuyển theo đường viền quanh vật cản. Đề tài “Xe tự hành tránh
vật cản” nhằm góp phần giải quyết các vấn đề trên.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô GS.TS Phan Xuân Minh đã giúp
đỡ và giới thiệu chúng em đến thực tập tại trường Cao đẳng nghề công nghệ cao Hà Nội.
Trong quá trình thực tập, cô đã tận tình định hướng cũng như cung cấp các kiến thức lý
thuyết cho chúng em. Cô luôn động viên giúp chúng em hoàn thành đợt thực tập
Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến trường Cao đẳng nghề công nghệ
cao Hà Nội, thầy Ths Ngô Mạnh Tiến, thầy Nguyễn Văn Dũng đã tạo mọi điều kiện
thuận lợi đồng thời hướng dẫn tận cho chúng em trong suốt quá trình thực tập.
Nhóm sinh viên
Lê Trung Kiên
Lê Thế Huy
Hoàng Văn Nghĩa

2. Báo cáo thực tập tốt nghiệp
2
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU...................................................................................................................................................................1
MỤC LỤC .......................................................................................................................................................................2
DANH MỤC HÌNH VẼ ......................................................................................................................................................4
CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI.....................................................................................................................................5
1.1 Lý do chọn đề tài.............................................................................................................................................5
1.2 Mục đích..........................................................................................................................................................5
CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN HỆ THỐNG .............................................................................................................................6
2.1 Giới thiệu về xe tự hành......................................................................................................................................6
2.2 Bài toán tránh vật cản.........................................................................................................................................8
2.3 Hệ thống xe tự hành tránh vật cản......................................................................................................................9
CHƢƠNG 3 MÔ HÌNH HÓA ĐỐI TƢỢNG XE TỰ HÀNH ..................................................................................................10
3.1 Mô hình động học xe robot:..............................................................................................................................10
3.2 Mô hình động lực học xe robot:........................................................................................................................11
3.3 Đánh giá :.........................................................................................................................................................13
CHƢƠNG 4 CẢM BIẾN KINECT....................................................................................................................................14
4.1 Mục đích ...........................................................................................................................................................14
4.2 Giới thiệu cảm biến Kinect ...............................................................................................................................14
4.3 Phát hiện vật cản sử dụng Kinect .....................................................................................................................23
CHƢƠNG 5 MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ TRUYỀN THÔNG ...................................................................................................27
5.1 i điều hi n M P43 .......................................................................................................................................27
5.3 i điều hi n M P43 5 xx-Kit MSP430FR5739.........................................................................................31
5.4 CC3000............................................................................................................................................................36
5.5 Đánh giá ...........................................................................................................................................................40

3. Báo cáo thực tập tốt nghiệp
3
KẾT LUẬN....................................................................................................................................................................41
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................................................................42

4. Báo cáo thực tập tốt nghiệp
4
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2-1 Asterisk - Robot nhện di chuyển bằng chân……………………………………6
Hình 2-2 Curiosity- Robot thăm dò sao Hỏa di chuyển bằng bánh………………………7
Hình 2-3 Robot cứu hộ di chuyển bằng xích……………………………………………...7
Hình 2-4 Sơ đồ tổng quan hệ thống……………………………………..………………...9
Hình 3.1 Gắn tọa độ cho xe Robot………………………………………………………..10
Hình 4-2 Cảm biến Kinect………………………………………………………………..15
Hình 4-2 Cấu trúc phần cứng của cảm biến kinect………………………………………16
Hình 4-3 Nguyên lý cảm biến độ sâu…………………………………………………….18
Hình 4-4 Dữ liệu thu được từ cảm biến Kinect…………………………………………..18
Hình 4-5 Bản đồ độ sâu thu được từ Kinect sử dụng OpenNI…………………………...20
Hình 4.6 Ví dụ ứng dụng thư viện PCL trong việc tách các đối tượng trên mặt bàn……22
Hình 4-7 Sơ đồ xử lý phát hiện vật cản sử dụng Kinect…………………………………24
Hình 4-8 Kết quả thu được khi sử dụng qua bộ lọc voxel Grid…………………………26
Hình 4-9 Kết quả phát hiện vật cản sử dụng thư viện PCL……………………………...27
Hình 5.1 Vi điều khiển MSP430………………………………………………………...28
Hình 5.2 Các dòng MSP hiện nay………………………………………………………..29
Hình 5.3 Cấu trúc của MSP430………………………………………………………….30
Hình 5.4 Các module của MSP430………………………………………………………31
Hình 5.5 Cấu trúc Vi điều khiển MSP430FR5739………………………………………34
Hình 5.6 Cấu trúc kit phát triển sử dụng VĐK MSP430FR57xx………………………..35
Hình 5.7 Cấu trúc CC300………………………………………………………………..38
Hình 5.8 Hình ảnh thực tế CC300 TiWi-SL…………………………………………….39
Hình 5.9 Cơ chế liên kết giữa Slave và Host MCU……………………………………..39
Hình 5.10 MSP430FR5739 board+CC3000 TiWi-SL………………………………….40

5. Báo cáo thực tập tốt nghiệp
5
CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Lý do chọn đề tài
Theo dự đoán thì sau cuộc cách mạng lớn về internet sẽ là cuộc cách mạng về lĩnh
vực robot. Các Robot được ứng dụng trong đời sống ngày càng nhiều như robot vận
chuyển hàng hóa, robot kiểm tra nguy hiểm, robot xe lăn cho người khuyết tật. Robot
phục vụ sinh hoạt gia đình… Điểm hạn chế của các robot tự hành hiện tại là tính thiếu
linh hoạt và khả năng thích ứng khi làm việc ở những vị trí khác nhau. Từ những lý do đó
nảy sinh vấn đề tránh vật cản cho robot tự hành nhằm nâng cao tính linh hoạt cho robot.
Hầu hết các robot hiện đại đều có một kiểu tránh vật cản nào đó robot xác định vật cản và
dừng lại ở khoảng cách ngắn so với vật cản để tránh va chạm, đến các thuật toán tinh tế
hơn, cho phép robot di chuyển theo đường viền quanh vật cản.
Nhằm từng bước tiếp cận và tạo nền tảng cho quá trình nghiên cứu ứng dụng các
công nghệ vào các sản phẩm phù hợp thực thế, nhóm đồ án chúng em đã chọn đề tài:
“ Điều khiển xe tự hành tránh vật cản”.
1.2 Mục đích
Xây dựng một xe tự hành hoàn chỉnh có khả năng tìm đến vị trí đặt trước và có khả
năng tránh vật cản trong quá trình di chuyển. Điểm mới của xe tự hành là sử dụng cảm
biến Kinect có khả năng khôi phục môi trường phía trước robot dưới dạng 3D từ đó xác
định được các thông số cần thiết cho giải thuật điều khiển robot.
Trong khuôn khổ của đợt thực tập tốt nghiệp tại phòng thí nghiệm robot của trường
Cao đẳng nghề công nghệ cao Hà Nội, nhóm thực tập chúng em dừng lại ở việc tìm hiểu
cấu trúc tổng quan của robot. Xây dựng được mô hình động học, động lực học của robot
đồng thời tìm hiểu các khối phục vụ cho việc điều khiển robot như khối cảm biến Kinect,
các KIT sử dụng chip MSP của TI và các giao thức truyền thông giữa máy tính và KIT.

6. Báo cáo thực tập tốt nghiệp
6
CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN HỆ THỐNG
2.1 Giới thiệu về xe tự hành
Xe tự hành hay robot di động (mobile robots, thường được gọi tắt là mobots) được
định nghĩa là một loại xe robot có khả năng tựdịch chuyển, tự vận động (có thể lập trình
lại được) dưới sự điền khiển tự động để thực hiện thành công công việc được giao.
Theo lý thuyết, môi trường hoạt động của robot tự hành có thể là đất, nước, không khí,
không gian vũ trụ hay sự tổ hợp giữa chúng. Địa hình bề mặt mà robot di chuyển trên đó
có thể bằng phẳng hoặc thay đổi, lồi lõm.
Theo bộ phận thực hiện chuyển động, ta có thểchia robot tựhành làm 2 lớp: chuyển động
bằng chân (legged) và bằng bánh (wheeled).
Hình 2-1 Asterisk - Robot nhện di chuyển bằng chân

7. Báo cáo thực tập tốt nghiệp
7
Hình 2-2 Curiosity- Robot thăm dò sao Hỏa di chuyển bằng bánh
Loại chuyển động bằng vòng xích (khi cần mô men phát động lớn hay khi cần di
chuyển trên vùng đầm lầy, cát và băng tuyết)
Hình 2-3 Robot cứu hộ di chuyển bằng xích

8. Báo cáo thực tập tốt nghiệp
8
2.2 Bài toán tránh vật cản
Tìm đường (navigation) là một khoa học dẫn hướng robot tự hành di chuyển trong
không gian làm việc của nó. Trong vấn đề tìm đường, bài toán được quan tâm nhiều nhất
là bài toán tìm đường về đích mà không chạm vào vật cản trên đường đi.
Có 2 loại bài toán tìm đường cho robot:
- Bài toán cục bộ (local): Môi trường làm việc của robot hoàn toàn không biết
trước hoặc chỉ biết một phần. Robot hoàn toàn nhờ vào sự cảm nhận môi trường
trong quá trình di chuyển thông qua cảm biến gắn trên nó để dò đường.
- Bài toán toàn cục (Global):Bản đồ môi trường làm việc của robot hoàn toàn được
biết trước, vấn đề chính phải giải quyết là tìm đường đi cho robot trước khi nó
xuất phát.
Bài toán toàn cục có lợi thế là biết trước đường đi có tới đích hay không, có thể chọn
đường tối ưu trước khi robot khởi hành. Tuy nhiên hạn chế là đòi hỏi nhiều tài nguyên để
tính toán và yêu cầu cao về độ chính xác của bản đồ môi trường làm việc. Việc thay đổi
môi trường ví dụ như có vật cản thay phía trước robot khiến robot không hoạt động đúng
yêu cầu.
Trong trường hợp này, bài toán cục bộ tỏ ra có ưu thế, nó có tính linh hoạt cao như có
thể tránh vẩn cản khi vật đó di chuyển. Đồng thời yêu cầu tài nguyên phục vụ tính toán
thấp hơn. Nhược điểm của bài toán này là robot chỉ cảm nhận môi trường qua cảm biến
gắn cùng vì thế có thể không hoàn thành việc tới đích mặc dù có đường đi hơn nữa không
thể chọn ra được đường đi tối ưu.
Trong báo cáo, chúng em tập trung vào giải quyết bài toán cục bộ với cảm biến sử
dụng là Kinect. Môi trường hoạt động của robot là mặt phẳng giới hạn bởi các bức tường.
Các vật cản xuất hiện ngẫu nhiên. Yêu cầu đặt ra là robot tự động tìm đường về được tới
đích mà không chạm vào vật cản.

9. Báo cáo thực tập tốt nghiệp
9
2.3 Hệ thống xe tự hành tránh vật cản
Hệ thống tổng quan bao gồm 4bộ phận chính (Hình 2-4)(1) Bộ cảm biến Kinect,
(2) bộ phận chấp hành là các bánh xe có gắn động cơ điện 1 chiều, (3) Laptop,(4) vi điều
khiển và driver điều khiển động cơ.
Các thành phần phối hợp hoạt động như sau: (1) Cảm biến Kinect liên tục thu thập dữ
liệu về hình ảnh, khoảng cách sau đó gửi về (2) Laptop để có thể khôi phục lại không
gian 3D trước robot đồng thời sử dụng các thuật toán thích hợp để phát hiện vật cản cũng
như tìm được các thông số của vật cản để cung cấp cho thuật toán tránh vật cản.Sau khi
các tín hiệu được xử lý thì sẽ tìm ra được quỹ đạo đặt tiếp theo cho robot. Quỹ đạo là đầu
vào cho bộ điều khiển cài đặt trong vi điều khiển và sau đó chuyển thành các tín hiệu
điều khiển động cơ DC. Khi di chuyển Kinect lại thu thập các dữ liệu mới và quá trình
này được lặp lại.
Hình 2-4 Sơ đồ tổng quan hệ thống

10. Báo cáo thực tập tốt nghiệp
10
CHƢƠNG 3 MÔ HÌNH HÓA ĐỐI TƢỢNG XE TỰ
HÀNH
3.1 Mô hình động học xe robot:
Hình 3.1 Gắn tọa độ cho xe Robot
Xét xe robot trong không gian làm việc. Ta cần sử dụng 3 hệ tọa độ để xác định được
vị trí của xe robot, đối tượng cần bám, các vật cản so với mặt đất, cũng như vị trí tương
đối của xe robot, đối tượng cần bám, các vật cản so với nhau. 3 hệ tọa độ đó là:
- Hệ tọa độ OXY gắn với mặt đất đóng vai trò là hệ gốc, xác định vị trí tuyệt
đối của xe robot,cũng như các đối tượng trên mặt phẳng chuyển động.
- Hệ tọa độ m mCx y gắn với xe robot.
- Hệ tọa độ 'O xy gắn với cảm biến Kinect, có vai trò xác định vị trí tương đối
giữa đối tượng bám, vật cản so với xe robot.
Biến điều khiển là vận tốc 2 bánh xe ( tV , pV ), biến được điều khiển chính là tọa độ
của xe ( 0x , 0y ). Phương trình động học của xe:

11. DOWNLOAD ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ NỘI DUNG
MÃ TÀI LIỆU: 50560
DOWNLOAD: + Link tải: Xem bình luận
Hoặc : + ZALO: 0932091562