[email protected]
New Member
Tải Khóa luận Xây dựng robot di động tránh vật cản dựa trên các sensor siêu âm và sensor địa bàn
GIỚI THIỆU
Ngành khoa học công nghệ mới, tạo ra các sản phẩm robot và nghiên cứu ứng dụng chính hình thành trong những thập kỷ gần đây được gọi là Robotics. Trong Robotics có hầu hết các vấn để của “cơ-điện tử”. Thuật ngữ “cơ - điện tử “( mechatronics) thể hiện sự kết hợp giữa cơ học máy và điều khiển điện tử. Đồng thời sự phát triển của mechatronics cũng được phản ánh trong khoa học công nghệ robot.
Một trong những tiêu chí đặc trưng cho robot là khả năng “lập trình được “(programable). Muốn có khả năng đó robot phải dùng đến máy tính hay các thiết bị khác có chức năng tương tự. Máy tính có vai trò như bộ não của robot.
Ngày nay sự cải thiện của tốc độ máy tính đã tạo ra những bước trưởng thành đáng kể cho robot trong từng giai đoạn phát triển và đang mở ra những triển vọng trở thành những robot thông minh nhờ khả năng xử lý rất nhanh của bộ điều khiển dùng máy tính.Tuy nhiên khả năng hiện thực của robot này không chỉ phụ thuộc vào bộ điều khiển mà còn ở khả năng nhận biết của các “cơ cấu cảm nhận” và khả năng phản ứng kịp thời của cơ cấu “chân tay” chấp hành.
Robot ngày càng đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp và cuộc sống hàng ngày. Chúng sẽ thực hiện những công việc rất hàm chán hay nguy hiểm, những công việc mà tốc độ và độ chính xác vượt quá khả năng của con người.
Bản khoá luận này đề cập đến vấn đề xây dựng một robot di động tránh vật cản dựa trên các sensor siêu âm và sensor địa bàn.
Đề tài: XÂY DỰNG ROBOT DI ĐỘNG TRÁNH VẬT CẢN DỰA TRÊN CÁC SENSOR SIÊU ÂM VÀ SENSOR ĐỊA BÀN
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
10
luận tốt nghiệp
- Chương trình có thể thay đổi được thông qua các panel điều khiển
hay thông qua máy tính.
Các robot thế hệ này sử dụng cơ cấu điều khiển servo vòng hở (open-
loop nonservo controlled system ). Đây là hệ thống không sử dụng thông tin
phản hồi từ môi trường về để điều khiển robot.
Thế hệ thứ hai: Robot được trang bị các sensor cho phép robot giao tiếp
với môi trường bên ngoài. Các thiết bị này thực chất là các bộ biến đổi năng
lượng. Nó chuyển các đại lượng không điện thành đại lượng điện mà qua đó bộ
điều khiển robot có thể biết được trạng thái của môi trường xung quanh nó.
Nhờ các sensor này robot có thể chọn các phương án khác nhau một cách linh
hoạt nhằm thích nghi với môi trường bên ngoài. Dạng robot với trình độ điều
khiển này còn được gọi là robot điều khiển thích nghi cấp thấp. Đây gọi là cơ
cấu điều khiển servo vòng kín (closed-loop servo controller system).
Thế hệ thứ ba: các bộ điều khiển logic khả trình PLC (Programmable
Logic Controller) được sử dụng trong robot với nhiều chức năng chuyên biệt .
Thế hệ thứ bốn: Khác với PLC bị giới hạn trong chương trình của chúng,
thế hệ robot này sử dụng các máy tính được trang bị các ngôn ngữ lập trình đặc
biệt hay ngôn ngữ chuẩn như Basic, C, C++...., để tạo ra nhiều ứng dụng
CAD/CAM và CIM hay chương trình không trực tuyến.
Thế hệ thứ năm: Các bộ điều khiển của robot sử dụng trí tuệ nhân tạo
(artificial intelligence). Robot được trang bị các kỹ thuật như nhận dạng tiếng
nói, hình ảnh, xác định khoảng cách, cảm nhận đối tượng tiếp xúc (da nhân tạo)
để xử lý, ra những quyết định hợp lý. Ngoài ra robot được trang bị mạng
Neuron giúp nó có khả năng tự học, tự xây dựng kiến thức .
1.3 Những xu hướng phát triển của robot hiện đại
Các robot hiện đại sẽ có xu hướng tăng trong tương lai giúp con người
có thể tạo ra các sản phẩm mới, bảo vệ cơ sở hạ tầng của thế giới, chăm sóc nhà
cửa, mua bán.
Một xu hướng quan trọng trong nghiên cứu và phát triển robot là phát
triển các hệ thống máy vi cơ điện tử (MEMS) có kích thước nhỏ từ vài cm tới
mm thậm chí nhỏ hơn µ m. Các robot rất nhỏ này có thể di chuyển vào trong
mạch máu để phân phối thuốc hay làm vệ sinh mạch máu; chúng có thể di
chuyển trong một máy tính lớn để chuẩn đoán các vấn đề xảy ra với máy tính.
BẠCH HOÀNG GIANG K46ĐC
11
luận tốt nghiệp
Một xu hướng phát triển hiện nay là việc nghiên cứu phát triển trí tuệ
nhân tạo, mạng neuron vào trong robot nhằm tạo ra các robot thông minh, có
khả năng thích nghi với môi trường xung quanh như con người.
BẠCH HOÀNG GIANG K46ĐC
12
luận tốt nghiệp
CHƯƠNG 2
HỆ SENSOR TRONG ROBOT
Khi được trang bị một hệ thống sensor robot sẽ có khả năng thích ứng
với sự thay đổi của môt trường xung quanh. Đây cũng là một chỉ tiêu quan
trọng để đánh giá một robot có thông minh hay không. Các sensor đều là bộ
biến đổi năng lượng, nó biến năng lượng từ dạng này sang dạng khác, thường
là biến đổi tín hiệu từ các đại lượng không điện thành các đại lượng điện. Tín
hiệu này được phản hồi về bộ điều khiển, thông qua nó bộ điều khiển có các
quyết định cho phù hợp.
2.1. Phân loại sensor
Các sensor sử dụng trong robot được chia thành 3 loại: Sensor nội
(internal sensor), sensor ngoại (external sensor), sensor khoá (interlock sensor).
2.1.1. Sensor nội
Được đặt trong bản thân robot, nó sử dụng các thiết bị về cơ khí, điện,
điện tử hay thuỷ lực để nhận các thông tin phản hồi về vị trí của các bộ phận
trên robot. Sensor nội có thể đơn giản là các công tắc giới hạn nhưng cũng có
thể phức tạp như đĩa lập mã quang dùng để điều khiển motor.
2.1.1 Sensor ngoại
Sensor ngoại là loại sensor giúp robot giao tiếp với môi trường bên
ngoài như sensor thị giác giúp robot quan sát, sensor xác định khoảng cách
giúp robot ước lượng được khoảng cách tới đối tượng, sensor xúc giác giúp
robot có cảm giác khi cầm nắm các vật. Các sensor này sẽ phản ánh các thông
tin môi trường xung quanh tới robot.
2.1.3 Sensor khoá
Đây là loại sensor được dùng trong các tình huống khẩn cấp để bảo vệ
robot .
Sau đây xin được đề cập đến một số loại sensor thường được sử dụng .
2.2. Một số sensor thường gặp
Trong thực tế nghiên cứu robot, có rất nhiều loại sensor được sử dụng
cho các mục đích khác nhau. Sau đây, xin giới thiệu một số sensor thường được
sử dụng trong kĩ thuật robot.
BẠCH HOÀNG GIANG K46ĐC
13
luận tốt nghiệp
2.2.1 Sensor xác định khoảng cách (Range sensor)
Đây là loại sensor được sử dụng giúp robot có thể ước lượng khoảng
cách từ vị trí đặt sensor (nằm trên robot ) tới đối tượng. Có nhiều cách xác định
khoảng cách tới đối tượng. Sau đây trình bày hai cách xác định thông dụng
nhất đó là:
2.2.1.1 Phương pháp xác định khoảng cách bằng lượng giác
Phương pháp này sử dụng một nguồn phát sáng phát ra một chùm tia
hẹp tới đập vào bề mặt vật thể. Do phản xạ, tia sáng chuyển hướng tới bộ thu
được đặt cách bộ phát một khoảng B, góc phát tia sáng so với phương ngang là
α ( hình 2.1).
Đối
tượng
D
Nguồn phát α
Nguồn
thu
B
Hình 2.1 Sensor đo khoảng cách sử dụng phương pháp lượng giác.
Nếu D là khoảng cách từ đối tượng tới detector thì khoảng cách này
được tính như sau:
D = B. tgα
2.2.1.2. Phương pháp xác định khoảng cách bằng đo khoảng thời gian
truyền sóng
Trong phương pháp này sử dụng nguồn phát lazer xung để phát ra xung
sáng, sau đó thu lại ánh sáng phản xạ của nó với điều kiện chùm sáng đi và
chùm sáng về phải đồng trục. Khi đó khoảng cách từ sensor tới đối tượng sẽ
được tính như sau:
D = C . T/2
Trong đó: D là khoảng cách từ sensor tới đối tượng .
BẠCH HOÀNG GIANG K46ĐC
14
luận tốt nghiệp
C là vận tốc truyền ánh sáng
T là thời gian kể từ khi phát xung sáng cho tới khi
nhận được xung sáng.
Với công thức này, để đo khoảng cách D sẽ gặp phải khó khăn đó là
khoảng thời gian T thường rất nhỏ cỡ picrogiây. Thực tế, người ta thường sử
dụng đo thời gian trễ giữa sóng phát ra và sóng phản xạ. Trong cách này, một
nguồn laser sẽ phát liên tục, bộ đo sẽ thực hiện đo pha giữa hai sóng tới và sóng
phản xạ. Sơ đồ thực hiện có thể được chỉ ra trên hình 2.2.
Trong sơ đồ, chùm laser phát được tới một gương bán mạ, gương này sẽ
chia chùm laser thành hai chùm sáng như nhau. Một truyền tới đối tượng, một
truyền tới bộ đo pha. Chùm laser truyền tới đối tượng sẽ phản xạ và đi tới bộ đo
pha. Bộ đo pha ở đây đóng vai trò là một detector. Gọi L là khoảng cách từ tia
chuẩn tới Detector, D là khoảng cách từ đối tượng tới gương bán mạ. Khi đó
tổng quãng đường đi của laser tới vật thể và quay trở về Detector là :
D’ = 2D + L
Gương bán mạ
L
Laser
bộ đo pha
vật
D
Hình 2.2 Đo khoảng cách bằng đo pha
Nếu đối tượng ở gần (D = 0) khi đó pha của hai tia sáng như nhau. Khi
D tăng thì độ lệch pha tăng dần độ dịch pha giữa hai tia trong trường hợp này
sẽ là:
D’= L + λθ...
Download miễn phí Khóa luận Xây dựng robot di động tránh vật cản dựa trên các sensor siêu âm và sensor địa bàn
GIỚI THIỆU
Ngành khoa học công nghệ mới, tạo ra các sản phẩm robot và nghiên cứu ứng dụng chính hình thành trong những thập kỷ gần đây được gọi là Robotics. Trong Robotics có hầu hết các vấn để của “cơ-điện tử”. Thuật ngữ “cơ - điện tử “( mechatronics) thể hiện sự kết hợp giữa cơ học máy và điều khiển điện tử. Đồng thời sự phát triển của mechatronics cũng được phản ánh trong khoa học công nghệ robot.
Một trong những tiêu chí đặc trưng cho robot là khả năng “lập trình được “(programable). Muốn có khả năng đó robot phải dùng đến máy tính hay các thiết bị khác có chức năng tương tự. Máy tính có vai trò như bộ não của robot.
Ngày nay sự cải thiện của tốc độ máy tính đã tạo ra những bước trưởng thành đáng kể cho robot trong từng giai đoạn phát triển và đang mở ra những triển vọng trở thành những robot thông minh nhờ khả năng xử lý rất nhanh của bộ điều khiển dùng máy tính.Tuy nhiên khả năng hiện thực của robot này không chỉ phụ thuộc vào bộ điều khiển mà còn ở khả năng nhận biết của các “cơ cấu cảm nhận” và khả năng phản ứng kịp thời của cơ cấu “chân tay” chấp hành.
Robot ngày càng đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp và cuộc sống hàng ngày. Chúng sẽ thực hiện những công việc rất hàm chán hay nguy hiểm, những công việc mà tốc độ và độ chính xác vượt quá khả năng của con người.
Bản khoá luận này đề cập đến vấn đề xây dựng một robot di động tránh vật cản dựa trên các sensor siêu âm và sensor địa bàn.
Đề tài: XÂY DỰNG ROBOT DI ĐỘNG TRÁNH VẬT CẢN DỰA TRÊN CÁC SENSOR SIÊU ÂM VÀ SENSOR ĐỊA BÀN
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
H HOÀNG GIANG K46ĐC10
luận tốt nghiệp
- Chương trình có thể thay đổi được thông qua các panel điều khiển
hay thông qua máy tính.
Các robot thế hệ này sử dụng cơ cấu điều khiển servo vòng hở (open-
loop nonservo controlled system ). Đây là hệ thống không sử dụng thông tin
phản hồi từ môi trường về để điều khiển robot.
Thế hệ thứ hai: Robot được trang bị các sensor cho phép robot giao tiếp
với môi trường bên ngoài. Các thiết bị này thực chất là các bộ biến đổi năng
lượng. Nó chuyển các đại lượng không điện thành đại lượng điện mà qua đó bộ
điều khiển robot có thể biết được trạng thái của môi trường xung quanh nó.
Nhờ các sensor này robot có thể chọn các phương án khác nhau một cách linh
hoạt nhằm thích nghi với môi trường bên ngoài. Dạng robot với trình độ điều
khiển này còn được gọi là robot điều khiển thích nghi cấp thấp. Đây gọi là cơ
cấu điều khiển servo vòng kín (closed-loop servo controller system).
Thế hệ thứ ba: các bộ điều khiển logic khả trình PLC (Programmable
Logic Controller) được sử dụng trong robot với nhiều chức năng chuyên biệt .
Thế hệ thứ bốn: Khác với PLC bị giới hạn trong chương trình của chúng,
thế hệ robot này sử dụng các máy tính được trang bị các ngôn ngữ lập trình đặc
biệt hay ngôn ngữ chuẩn như Basic, C, C++...., để tạo ra nhiều ứng dụng
CAD/CAM và CIM hay chương trình không trực tuyến.
Thế hệ thứ năm: Các bộ điều khiển của robot sử dụng trí tuệ nhân tạo
(artificial intelligence). Robot được trang bị các kỹ thuật như nhận dạng tiếng
nói, hình ảnh, xác định khoảng cách, cảm nhận đối tượng tiếp xúc (da nhân tạo)
để xử lý, ra những quyết định hợp lý. Ngoài ra robot được trang bị mạng
Neuron giúp nó có khả năng tự học, tự xây dựng kiến thức .
1.3 Những xu hướng phát triển của robot hiện đại
Các robot hiện đại sẽ có xu hướng tăng trong tương lai giúp con người
có thể tạo ra các sản phẩm mới, bảo vệ cơ sở hạ tầng của thế giới, chăm sóc nhà
cửa, mua bán.
Một xu hướng quan trọng trong nghiên cứu và phát triển robot là phát
triển các hệ thống máy vi cơ điện tử (MEMS) có kích thước nhỏ từ vài cm tới
mm thậm chí nhỏ hơn µ m. Các robot rất nhỏ này có thể di chuyển vào trong
mạch máu để phân phối thuốc hay làm vệ sinh mạch máu; chúng có thể di
chuyển trong một máy tính lớn để chuẩn đoán các vấn đề xảy ra với máy tính.
BẠCH HOÀNG GIANG K46ĐC
11
luận tốt nghiệp
Một xu hướng phát triển hiện nay là việc nghiên cứu phát triển trí tuệ
nhân tạo, mạng neuron vào trong robot nhằm tạo ra các robot thông minh, có
khả năng thích nghi với môi trường xung quanh như con người.
BẠCH HOÀNG GIANG K46ĐC
12
luận tốt nghiệp
CHƯƠNG 2
HỆ SENSOR TRONG ROBOT
Khi được trang bị một hệ thống sensor robot sẽ có khả năng thích ứng
với sự thay đổi của môt trường xung quanh. Đây cũng là một chỉ tiêu quan
trọng để đánh giá một robot có thông minh hay không. Các sensor đều là bộ
biến đổi năng lượng, nó biến năng lượng từ dạng này sang dạng khác, thường
là biến đổi tín hiệu từ các đại lượng không điện thành các đại lượng điện. Tín
hiệu này được phản hồi về bộ điều khiển, thông qua nó bộ điều khiển có các
quyết định cho phù hợp.
2.1. Phân loại sensor
Các sensor sử dụng trong robot được chia thành 3 loại: Sensor nội
(internal sensor), sensor ngoại (external sensor), sensor khoá (interlock sensor).
2.1.1. Sensor nội
Được đặt trong bản thân robot, nó sử dụng các thiết bị về cơ khí, điện,
điện tử hay thuỷ lực để nhận các thông tin phản hồi về vị trí của các bộ phận
trên robot. Sensor nội có thể đơn giản là các công tắc giới hạn nhưng cũng có
thể phức tạp như đĩa lập mã quang dùng để điều khiển motor.
2.1.1 Sensor ngoại
Sensor ngoại là loại sensor giúp robot giao tiếp với môi trường bên
ngoài như sensor thị giác giúp robot quan sát, sensor xác định khoảng cách
giúp robot ước lượng được khoảng cách tới đối tượng, sensor xúc giác giúp
robot có cảm giác khi cầm nắm các vật. Các sensor này sẽ phản ánh các thông
tin môi trường xung quanh tới robot.
2.1.3 Sensor khoá
Đây là loại sensor được dùng trong các tình huống khẩn cấp để bảo vệ
robot .
Sau đây xin được đề cập đến một số loại sensor thường được sử dụng .
2.2. Một số sensor thường gặp
Trong thực tế nghiên cứu robot, có rất nhiều loại sensor được sử dụng
cho các mục đích khác nhau. Sau đây, xin giới thiệu một số sensor thường được
sử dụng trong kĩ thuật robot.
BẠCH HOÀNG GIANG K46ĐC
13
luận tốt nghiệp
2.2.1 Sensor xác định khoảng cách (Range sensor)
Đây là loại sensor được sử dụng giúp robot có thể ước lượng khoảng
cách từ vị trí đặt sensor (nằm trên robot ) tới đối tượng. Có nhiều cách xác định
khoảng cách tới đối tượng. Sau đây trình bày hai cách xác định thông dụng
nhất đó là:
2.2.1.1 Phương pháp xác định khoảng cách bằng lượng giác
Phương pháp này sử dụng một nguồn phát sáng phát ra một chùm tia
hẹp tới đập vào bề mặt vật thể. Do phản xạ, tia sáng chuyển hướng tới bộ thu
được đặt cách bộ phát một khoảng B, góc phát tia sáng so với phương ngang là
α ( hình 2.1).
Đối
tượng
D
Nguồn phát α
Nguồn
thu
B
Hình 2.1 Sensor đo khoảng cách sử dụng phương pháp lượng giác.
Nếu D là khoảng cách từ đối tượng tới detector thì khoảng cách này
được tính như sau:
D = B. tgα
2.2.1.2. Phương pháp xác định khoảng cách bằng đo khoảng thời gian
truyền sóng
Trong phương pháp này sử dụng nguồn phát lazer xung để phát ra xung
sáng, sau đó thu lại ánh sáng phản xạ của nó với điều kiện chùm sáng đi và
chùm sáng về phải đồng trục. Khi đó khoảng cách từ sensor tới đối tượng sẽ
được tính như sau:
D = C . T/2
Trong đó: D là khoảng cách từ sensor tới đối tượng .
BẠCH HOÀNG GIANG K46ĐC
14
luận tốt nghiệp
C là vận tốc truyền ánh sáng
T là thời gian kể từ khi phát xung sáng cho tới khi
nhận được xung sáng.
Với công thức này, để đo khoảng cách D sẽ gặp phải khó khăn đó là
khoảng thời gian T thường rất nhỏ cỡ picrogiây. Thực tế, người ta thường sử
dụng đo thời gian trễ giữa sóng phát ra và sóng phản xạ. Trong cách này, một
nguồn laser sẽ phát liên tục, bộ đo sẽ thực hiện đo pha giữa hai sóng tới và sóng
phản xạ. Sơ đồ thực hiện có thể được chỉ ra trên hình 2.2.
Trong sơ đồ, chùm laser phát được tới một gương bán mạ, gương này sẽ
chia chùm laser thành hai chùm sáng như nhau. Một truyền tới đối tượng, một
truyền tới bộ đo pha. Chùm laser truyền tới đối tượng sẽ phản xạ và đi tới bộ đo
pha. Bộ đo pha ở đây đóng vai trò là một detector. Gọi L là khoảng cách từ tia
chuẩn tới Detector, D là khoảng cách từ đối tượng tới gương bán mạ. Khi đó
tổng quãng đường đi của laser tới vật thể và quay trở về Detector là :
D’ = 2D + L
Gương bán mạ
L
Laser
bộ đo pha
vật
D
Hình 2.2 Đo khoảng cách bằng đo pha
Nếu đối tượng ở gần (D = 0) khi đó pha của hai tia sáng như nhau. Khi
D tăng thì độ lệch pha tăng dần độ dịch pha giữa hai tia trong trường hợp này
sẽ là:
D’= L + λθ...