Thạc Sĩ Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên và ứng dụng vào bài toán robot di chuyển dọc theo hành

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THỐNG TIN
NĂM 2011


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN . i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC HÌNH iv
MỞ ĐẦU . 1
CHƯƠNG 1 3
TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ ĐƯỜNG ĐI 4
1.1. Sơ lược quá trình phát triển 4
1.2. Những ứng dụng điển hình của robot . 7
1.3. Một số định nghĩa 13
1.4. Phân loại robot . 16
1.4.1. Phân loại theo dạng hình học của không gian hoạt động 16
1.4.2. Phân loại theo thế hệ 19
1.4.3. Phân loại theo bộ điều khiển 23
1.4.4. Phân loại robot theo nguồn dẫn động . 24
1.5. Các kỹ thuật xác định đường đi cho robot 24

CHƯƠNG 2 26
CÁC KỸ THUẬT TÌM ĐƯỜNG ĐI CỦA ROBOT . 26
2.1. Giới thiệu về robot tự hành . 26
2.2. Kỹ thuật tìm đường đi của robot . 26
2.2.1. Kỹ thuật điều khiển bằng thiết bị cầm tay 26
2.2.2. Kỹ thuật dùng thiết bị cảm ứng 27
2.2.3. Kỹ thuật dùng xử lý ảnh . 27
2.2.3.1. Kỹ thuật dò biên 27
2.2.3.2. Các phương pháp phát hiện biên trực tiếp 29
2.2.3.3. Phương pháp phát hiện biên gián tiếp 44
2.3.3.4. Một số nhận xét và đánh giá các phương pháp phát hiện biên
(phương pháp Gadient, phương pháp Laplace, phương pháp Canny) . 50
2.2.3.5. Biến đổi Hough . 52
2.3. Một số nhận xét về các kỹ thuật tìm đường đi cho robot 55
2.3.1. Kỹ thuật điều khiển bằng tay 55
2.3.2. Kỹ thuật dò line bằng thiết bị cảm ứng . 55
2.3.3. Kỹ thuật tìm đường đi bằng phương pháp xử lý ảnh 56

CHƯƠNG 3 57
CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM . 57
3.1. Giới thiệu . 57
3.2. Cài đặt thuật toán xác định đường đi cho Robot . 57
3.2.1. Thuật toán xác định vị trí mới cho robot 60
3.2.2. Thuật toán xác định tọa độ trái và phải gần nhất 63
3.2.3. Kết quả thử nghiệm của thuật toán Canny và Hough 66
Kết luận chương 3 . 69
KẾT LUẬN . 70




MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong thời đại ngày nay robot có thể giúp ta làm các công việc nặng
nhọc, nguy hiểm cho sức khỏe ch ng hạn như trong các nhà máy hóa chất, nơi
có nhiều chất phóng xạ. Những dây chuyền cần tự động hóa không thể thiếu
robot, đặc biệt robot có thể làm việc liên tục trong thời gian dài với độ chính
xác cao.
Xu hướng nghiên cứu phát triển robot trên thế giới được quan tâm
nhiều nhất trong thời gian qua là : tay máy robot (Robot Manipulators), Robot
di động (Mobile Robots), Robot phỏng sinh học (Bio Inspired Robots) và
Robot cá nhân (Personal Robots). Với Robot phỏng sinh học, các nghiên cứu
thời gian qua tập trung vào 2 loại chính là Robot đi (Walking robots) và
Robot dáng người (Humanoid Robots). Robot di động được nghiên cứu nhiều
như Xe tự hành trên mặt đất AGV (Autonomous Guided Vehicles), Robot tự
hành dưới nước AUV (Autonomous Underwater Vehicles), Máy bay không
người lái UAV (Unmanned Arial Vehicles) [11].
Vừa qua, Công ty Cybertein Robots Limited của Anh đã chế tạo thành
công Robot Titan có khả năng nói chuyệ n, ca hát, nhảy theo nhạc, những cử
chỉ hành động khá nhanh nhẹn và linh hoạt rất giống con người đặc biệt robot
này di chuyển rất thông minh [12] [13].
Ở Việt Nam, các doanh nghiệp thiết kế và chế tạo cũng có nhiều sản
phẩm ấn tượng trên thị trường quốc tế, trong đó phải nói đến Công ty Cổ phần
Robot TOSY. TOSY đã gây thương hiệu bởi Robot đánh bóng bàn TOPIO
Ping Pong được trình diễn tại Hội chợ quốc tế Robot IREX 2009 ở Nhật Bản
năm 2009 [11].

Mặc dầu có nhiều công trình nghiên cứu về robot nhưng các môn học
liên quan về robot được đưa vào giảng dạy ở các trường Đại học trong khoảng
20 năm trở lại đây. Việc điều khiển robot hầu như đều sử dụng cảm biến, tia
hồng ngoại, khó khăn ở đây là mỗi cảm biến sẽ có các thông số kỹ thuật
khác nhau nên khi thay đổi cảm biến thì việc lập trình điều khiển cho robot
hầu như phải chỉnh sữa lại chương trình, mặt khác khi bề mặt thay đổi thì kết
quả dò đường đi của robot không còn chính xác nữa.
Xuất phát từ thực tế đó, luận văn lựa chọn đề tài “ Nghiên cứu một số
phương pháp phát hiện biên và ứng dụng vào bài toán robot di chuyển dọc
theo hành lang”. Mục đích chính của đề tài là điều khiển robot bằng phương
pháp xử lý ảnh, hạn chế việc chỉnh sữa chương trình khi điều kiện bài toán
thay đổi.
2. Mục tiêu của đề tài
Xây dựng giải thuật và phần mềm xử lý hình ảnh dùng để xác định
biên và các đường th ng Hough từ đó điều khiển robot di chuyển dọc theo các
đường th ng Hough này.
3. Bố cục của đề tài
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn được chia thành 3 chương,
nội dung cụ thể của các chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về robot và đường đi
Trong chương này trình bày sơ lược về lịch sử phát triển, các ứng
dụng và một số kỹ thuật tìm đường đi của robot được trình bày như là các
khái niệm [2].
Chương 2: Các kỹ thuật tìm đường đi của robot
Nội dung của chương này sẽ trình bày các kỹ thuật tìm đường đi cho
robot. Nêu ra một số nhận xét và đánh giá về các kỹ thuật này từ đó lựa chọn
kỹ thuật ứng dụng cho bài toán [1] [3] [4] [6].

Chương 3: Cài đặt thử nghiệm
Nội dung chương này trình bày chương trình demo phát hiện biên và
xác định các đường th ng Hough, từ đó điều khiển robot di chuyển dọc theo
các đường th ng này.
Tuy nhiên, việc nghiên cứu một vấn đề khoa học đi đến kết quả là một
khó khăn và nhiều thách thức do vậy luận văn chắc còn nhiều thiếu sót. Rất
mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy cô và đồng nghiệp.




TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1]. Võ Đức Khánh, Hoàng Văn Kiếm, “Giáo trình xử lý ảnh số”. Nhà
xuất bản Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh.
[2]. Lê Hoài Quốc, Chung Tấn Lâm, “Robot công nghiệp”. Nxb Khoa
hoc và kỹ thuật, 2002.
[3]. Đỗ Năng Toàn (2002), “Biên ảnh và một số tính chất”, Tạp chí Khoa
học Công nghệ, Tập 40, số ĐB, tr 41-48.
[4]. Đào Văn Hiệp, “Kỹ thuật Robot”. Nxb Khoa hoc và kỹ thuật, 2004.
[5]. Đỗ Năng Toàn, Phạm Văn Dũng, Phạm Việt Bình (2005), “Ứng
dụng chu tuyến trong phát hiện góc nghiêng Vă n bản”. Kỷ yếu Hội
thảo Quốc gia lần thứ 7 - Một số vấn đề chọn lọc của Công nghệ
thông tin và Truyền thông, Đà Nẵng 18-20/08 /2004. Nxb KH&KT,
Hà Nội 2005.
[6]. Đỗ Năng Toàn (2007), Phạm Việt Bình, “Giáo trình xử lý ảnh”, Đại
học Thái Nguyên.
Tiếng Anh
[7]. A Amin and S. Fischer, A Document Skew Detection Method Using
the Hough Transform, Pattern Analysis & Applications, 2000.
[8]. S. C. Hinds, J. L. Fisher and D. P. D'Amato. A Document Skew
Detection Method Using Run-Length Encoding and the Hough
Transform. 10th International Conference on Pattern Recognition,
vol. 1, 1990.
[9]. AL Shatnawi and K. Omar, Methods of Arabic baseline detection the
state of art. Int. J. Comput. Sci. Network Secur, 2008
[10]. S. Srihari and V. Gonvindaraju. Analysis of texual images using
hough transform, 1989.
Internet
[11]. http://automation.net.vn/Robot-Robotics/Xu-the-pha-t-trie-n-Robottren-the-gio-i-va-ti-nh-hi-nh-nghien-cu-u-Robot-o-Vie-t-Nam-hie-nnay.html
[12]. http://vnexpress.net/gl/khoa-hoc/2011/10/robot-khong-lo-titan-landan-tien-den-tp-hcm/page_2.asp.
[13]. http://www.youtube.com/watch?v=oKm2aOd62ZI