Thạc Sĩ Xây dựng một robot thông minh có khả năng tự động di chuyển dựa vào bản đồ siêu âm mà robot xây dựng

[h=1][/h]




[h=1]MỞ ĐẦU[/h]

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ như vũ bão của khoa học kỹ thuật ngày nay, ngành robotics đóng vai trò rất quan trọng, tiên phong và làm nền tảng cho các lĩnh vực khoa học công nghệ và tự động hoá khác. Nhiều ứng dụng của các ngành nghề, lĩnh vực khác nhau đòi hỏi cần phải trang bị thiết bị hoàn toàn tự động làm việc theo chương trình hay do con người điều khiển như robot. Thiết kế và chế tạo robot là sự kết hợp giữa các lĩnh vực như máy tính, điện tử, viễn thông, cơ khí, sự phối hợp ứng dụng vi điều khiển và hệ thống thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến đã hình thành một hướng nghiên cứu và phát triển không ngừng trong khoa học kỹ thuật. Khoá luận này nghiên cứu, xây dựng một robot thông minh có khả năng tự động di chuyển dựa vào bản đồ siêu âm mà robot xây dựng được trong bộ nhớ của nó. Bản đồ siêu âm được tạo ra bằng cách sử dụng khoảng cách đo được từ hệ gồm nhiều cảm biến siêu âm mắc thành vòng tròn. Khoá luận cũng bước đầu nghiên cứu các kỹ thuật xử lý ảnh, kết hợp thông tin hình ảnh thu được từ camera toàn phương và khoảng cách đo được từ cảm biến siêu âm để tạo nên một bản đồ hoàn chỉnh, chính xác về môi trường xung quanh giúp cho robot tự động di chuyển.











[h=1][/h][h=1]CHƯƠNG 1[/h][h=1]TỔNG QUAN VỀ ROBOT DI ĐỘNG[/h]
1.1. Tổng quan về robot.
Cuộc cách mạng công nghiệp là những bước phát triển vượt bậc của con người, cuộc cách mạng cho phép ứng dụng rộng rãi các robot trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Yếu tố này phù hợp với nhận thức về vấn đề an toàn trong công việc, robot thay thế cho con người trong sản xuất, trong lao động, trong các nhà máy điều đó đã góp phần vào sự xuất hiện nhu cầu sử dụng các robot. Ngày nay trong đời sống có rất nhiều công việc do tính chất công việc nặng nhọc, môi trường làm việc khó khăn độc hại rất nguy hiểm và tác hại trực tiếp đối với con người. Một số nơi địa hình quá khó khăn để di chuyển (vùng rừng núi, sa mạc, vùng có lở núi, động đất, vùng bị cháy rừng, vùng nhiễm phóng xạ, khu vực bị khủng bố ). Ở những nơi này con người rất cần tới sự hỗ trợ của robot. Với mô hình robot đa năng có sự tuỳ biến cao, dễ lắp đặt và vận chuyển, được thiết kế và lập trình từ máy tính cá nhân, robot có thể làm việc độc lập theo chu trình được cài đặt sẵn hoặc theo sự điều khiển từ xa qua vô tuyến từ người điều khiển, tính chất và công việc cụ thể được thay đổi dễ dàng, khả năng kết nối với các thiết bị chuyên dụng linh hoạt. Robot có kích thước tương đối và làm việc được trong nhiều môi trường khắc nghiệt về thời tiết, khí hậu độc hại và nguy hiểm đối với con người. Ngoài ra robot có thể được thiết kế cho phù hợp với các công việc mang tính chất tự động hoá cao, có thể ứng dụng vào các dây chuyền sản xuất tự động ở các nhà máy, xí nghiệp, các khu công nghiệp, khu chế xuất Hiện nay hầu hết các thiết bị robot và dây chuyền tự động hoá được sử dụng trong các ngành công nghiệp sản xuất và chế biến đều được nhập từ nước ngoài rất đắt tiền. Trong khi nhu cầu ở nước ta đang rất cao và trong nước có khả năng chế tạo sản xuất để phù hợp với điều kiện làm việc ở Việt Nam. Lĩnh vực thiết kế, chế tạo robot và các thiết bị điều khiển tự động rất mới mẻ và có tiềm năng rộng lớn không những ở trong nước mà còn cả trên thế giới. Việc thâm nhập, nghiên cứu và chế tạo một số mô hình điều khiển tự động như robot thông minh, robot thăm dò, robot sản xuất là một hướng cần thiết nhằm rút ngắn khoảng cách giữa khoa học công nghệ trong nước và trên thế giới trong lĩnh vực này.
[h=2]1.2. Giới thiệu chung về robot di động.[/h] Có một số sự khác biệt quan trọng giữa các yêu cầu của việc lắp đặt robot cố định truyền thống với các yêu cầu của các hệ thống robot di động. Một trong những mối quan tâm hàng đầu là sự không biết trước môi trường vận hành của robot di động. Đối với các hệ thống robot cố định, người ta thường xây dựng (thiết kế) một không gian làm việc nhỏ để thực hiện công việc và robot cố định thường thực hiện các công việc lặp đi lặp lại trong môi trường xác định trước. Đối với các hệ thống robot di động, việc nhận biết được môi trường làm việc là một yếu tố quyết định tới các “hành động” của robot, chỉ khi nhận biết được đầy đủ các thông tin về môi trường xung quanh thì robot di động mới có thể thích ứng được trong các môi trường làm việc khác nhau.
Theo khái niệm, robot di động phải có một số bộ phận chuyển động. Chuyển động có thể dưới dạng bánh xe, chân, cánh hoặc một số cơ cấu khác. Việc lựa chọn cơ cấu chuyển động là dựa vào chức năng của robot và các công việc của robot cần phải thực hiện. Trong nhiều môi trường làm việc công nghiệp, bánh xe là dạng chuyển động thích hợp nhất. Đối với các hệ thống nghiên cứu ứng dụng khác, chân hoặc cánh có thể giúp cho robot di động chuyển động được trên địa hình mà robot không có khả năng đi qua.
Một nhân tố quan trọng trong thiết kế của các hệ thống robot di động là khả năng mang theo các thiết bị. Thiết bị bao gồm nguồn điện cũng như tất cả các phần cứng là các bộ cảm biến và các bộ xử lý mà robot đòi hỏi. Các thiết bị lắp đặt của robot cố định có thể được kết nối trực tiếp với các nguồn điện và bộ xử lý, không gian làm việc thường được xác định trước và có thể được kiểm soát. Hầu hết các robot di động đều có một tải trọng (payload) nhất định, điều này có thể dẫn tới những sự giới hạn trong thiết kế của hệ thống, đặc biệt trong các ứng dụng hay bị giới hạn về kích cỡ và cân nặng.
Các thành phần cơ bản, thông dụng trong các hệ thống robot di động sử dụng trong thực tế được chỉ ra như trên hình 1.
Thông tin về trạng thái của hệ thống được cung cấp bởi các cảm biến nội và cảm biến ngoại. Thông tin này được một khối dẫn đường (có thể là các môđun phần cứng hoặc phần mềm, nhưng thường là một chương trình phần mềm có khả năng tính toán) sử dụng để ước lượng trạng thái của hệ thống. Tín hiệu này sau đó được môđun lập kế hoạch và điều khiển sử dụng để phát ra các lệnh gửi tới các bộ phận thao tác của robot.