Đồ án Thiết kế chế tạo mobile robot lau sàn tránh vật bằng công nghệ xử lý ảnh (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế chế tạo mobile robot lau sàn tránh vật bằng công nghệ xử lý ảnh (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ CHẾ TẠO MOBILE ROBOT LAU SÀN TRÁNH VẬT BẰNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH GVHD: Th.S LÊ THANH TÙNG SVTH: TÔ TIẾN KIỆT MSSV: 10111029 S K L 0 0 4 2 0 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO MOBILE ROBOT LAU SÀN TRÁNH VẬT BẰNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH GVHD : Th.S LÊ THANH TÙNG SVTH : TÔ TIẾN KIỆT- 10111029 Tp. Hồ Chí Minh , tháng 1 năm 2016
3. LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện không tránh khỏi những lúc gặp khó khăn trong quá trình nghiên cứu, em xin chân thành cảm ơn đến GVHD Thầy Lê Thanh Tùngđã luôn giúp đỡ và chỉ dẫn chúng em nhiệt tình để chúng em có thể vượt qua và đạt được kết quả như hôm nay. Lời cảm ơn chân thành nhất xin được gửi đến các thầy cô trong khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, những người đã giảng dạy và đào tạo cho chúng em trong những tháng ngày qua. Xin gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên lớp 101111 đã chia sẽ các kiến thức, hỗ trợ kĩ thuật, để chúng em có thể hoàn thành tốt đồ án này một cách đúng thời hạn. Em xin chân thành cảm ơn! i
4. TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài “Thiết kế mobile robot lau sàn” được ứng dụng trên nền của mobile robot. Mobile robot được ứng dụng ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất, nhằm tiết kiệm thời gian nhân công, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ Trên thế giới hiện nay có rất nhiều loại hình robot mang tính năng phục vụ như robot hút bụi, robot lau sàn nhà Ở nước ta do còn nhiều mới mẻ, sự đầu tư yếu kém nên phong trào chế tạo và sử dụng robot phục vụ, đưa chúng vào cuộc sống còn gặp nhiều khó khăn. Đề tài giúp mở ra một hướng đi mới trong việc sử dụng robot lau sàn ở các văn phòng, công sở Robot sẽ đem lại cho khách hàng một cảm giác mới lạ và thú vị, giúp cho quá trình robot dần thay thế con người trong các lĩnh vực hoạt động còn ngày càng nhanh hơn, giúp cuộc sống còn ngày còn trở nên tiện nghi hơn. Đề tài áp dụng các kiến thức về điều khiển động cơ DC servo, các lý thuyết về truyền nhận không dây qua sóng Bluetooth, giao tiếp UART, cảm biến Đặc biệt đề tài ứng dụng xử lý ảnh để điều khiển robot một cách chính xác nhất. ii
5. ABSTRACTS The project "Design mobile robot floor cleaner" is based applications of mobile robots. Mobile robots are increasingly applied in daily life, production, to save time workers, flexible, comfortable, lightweight In the world today there are many types of robots featuring served as vacuuming robot, robot mop the floor In our country so much new, weak investment should movements manufactured and used robots for services, bringing them to life was difficult. Thread help open up a new direction in the use of robotic floor cleaner in the office, offices Robot will give customers a sense of novelty and fun, allowing the robot replacing human in the fields of activity are growing faster, longer days help life becomes more comfortable. Topics apply knowledge of the DC servo motor controller, the theory of wave transmission through wireless Bluetooth, UART communication,sensor Special theme image processing applications to control a robot accurately. iii
6. MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG Lời cảm ơn i Tóm tắt đồ án ii Abstract iii Mục lục iv Danh mục các bảng biểu vi Danh mục các hình ảnh, biểu đồ vii Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1 1.1 Giới thiệu đề tài 1 1.1.1 Lý do chọn đề tài 1 1.1.2 Yêu cầu và giới hạn đề tài 2 1.1.3Đối tượng nghiên cứu 2 1 1.4 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên 2 1.1.5 Phương pháp nghiên cứu 3 1.2 Các công trình nghiên cứu có liên quan 3 1.2.1 Các công trình nghiên cứu liên quan ở nước ngoài 3 1.2.2 Các công trình nghiên cứu trong nước 4 1.3Tổng quan về Mobile Robot lau sàn sử dụng xử lý ảnh 6 1.3.1 Mobile robot và các phương pháp điều khiển 6 1.3.2 Mobile robot lau sàn sử dụng xử lý ảnh 9 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 2.1 Vi điều khiển PIC 16F887 11 2.1.1 Đặc trưng của vi điều khiển PIC 16F887 11 2.1.2 Các thành phần của PIC 16F887 11 2.2 Thị giác máy tính (Computer Vision) 11 2.2.1 Các lĩnh vực thị giác máy tính 11 2.2.2 Chức năng của hệ thống thị giác máy tính 13 2.2.3 Các hệ thống thị giác máy tính 14 2.2.4 Ứng dụng của thì giác máy tính 15 2.3 Tổng quan về hệ thống xử lý ảnh 16 2.4 Lý thuyết về ảnh số và xử lý ảnh 18 2.4.1 Khái niệm về ảnh và phần tử ảnh (Pixel) 18 iv
7. 2.4.2 Cấu trúc một file ảnh 20 2.4.3 Ảnh màu 21 2.4.4 Không gian màu (Color Space) 21 2.4.5 Tính toán biểu đồ phân bố xác xuất (Histogram) 24 2.4.6 Chuyển đổi không gian màu 27 2.4.7 Giải thuật CAMSHIFT (Continuously Adaptive Mean Shift) 29 2.4.8 Một số hàm dùng trong xử lý ảnh 32 2.4.9 Kỹ thuật lọc số-làm trơn nhiễu 34 Chƣơng 3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM 36 3.1 Tổng quan mô hình phần cứng 36 3.1.1 Mobile robot 36 3.1.2 Camera 38 3.1.3 Máy tính 39 3.1.4 Module Bluetooth 39 3.1.5 Cảm biến siêu âm SRF05 40 3.1.6Module cầu H L298 41 3.1.7Mạch điện điều khiển 42 3.1.8Động cơ DC 43 3.1.9 Động cơ RC Servo MG996R 44 3.1.10Nguồn động cơ 44 3.1.11 Cơ cấu lau sàn 45 3.2 Thiết kế phần mềm 49 3.2.1 Tổng quan quá trình nhận dạng và điều khiển trên máy tính 49 3.2.2 Cấu trúc và lưu đồ giải thuật của chương trình 49 3.2.3 Các phương pháp tìm đường đi của robot 50 3.2.4 Thuật toán xử lý ảnh 57 3.2.5 Thuật toán xử lý tín hiệu cảm biến 70 Chƣơng 4 KẾT QUẢTHI CÔNG PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM 71 4.1 Kết quả thi công mobile robot 71 4.2 Kết quả thi công phần mềm 73 4.3 Kết quả thực nghiệm 76 4.3.1 Trường hợp không có vật cản 76 4.3.2 Trường hợp có vật cản 78 Chƣơng 5 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 82 v
8. 5.1 Kết luận 82 5.2 Đề nghị 82 5.3 Hướng phát triển đề tài 83 PHỤ LỤC 85 6.1 Giới thiệu về PIC 16F887 85 6.1.1 Cấu trúc bộ nhớ PIC16F887 85 6.1.2Các chức năng được sử dụng trong đồ án 85 6.2 Chương trình viết code cho vi điều khiển PIC 16F887 90 6.3 Chương trình code cho xử lý ảnh 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 vi
9. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 : Các thành phần của PIC16 Bảng 4.1 : Kết quả thực nghiệm không vật cản Bảng 4.2 : Kết quả di chuyển trung bình của robot. Bảng 4.3 : Kết quả thực nghiệm có vật cản nằm ở trong mặt sàn Bảng 4.4: Kết quả di chuyển trung bình của robot. Bảng 4.5 : Kết quả thực nghiệm có vật cản nằm ở rìa mặt sàn Bảng 4.6 : Kết quả di chuyển trung bình của robot. Bảng 6.1: Thanh ghi Port A Bảng 6.2: Thanh ghi Tris A Bảng 6.3: Quá trình hoạt động của một timer vii
10. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 : Chạy thử nghiệm mobile robot Hình 1.2 : Robot đang lau sàn nhà Hình 1.3 : Hình ảnh bên trong và bên ngoài robot Hình 1.4 : Hình ảnh thực tế robot lau hồ bơi Hình 1.5 : Mobile robot Kinect Hình 1.6: Robot CVRL với camera Hình 1.7: Mô phỏng quỹ đạo di chuyển Hình 1.8 : Mobile Robot bám đối tượng di động SRV1 Hình 1.9 : Một dạng robot tay máy Hình 1.10: Điều khiển robot bằng remote Hình 1.11 : Tổng quan hệ thống Robot lau sàn Hình 2.1 : Các lĩnh vực liên quan đến Computer Vision Hình 2.2 : Robot ARV của quân đội Hình 2.3 : Các bước cơ bản trong xử lý ảnh Hình 2.4 : Ảnh tương tự và ảnh số Hình 2.5 : Biểu diễn ảnh số trong không gian 2D Hình 2.6 : Phần tử ảnh Hình 2.7 : Biểu diễn ảnh với độ phân giải khác nhau Hình 2.8 : Mảng hai chiều của một file ảnh Hình 2.9 : Các kiểu không gian màu Hình 2.10 : Không gian màu RGB Hình 2.11 : Không gian màu HSV Hình 2.12 : Biểu đồ Histogram biểu thị ánh sáng tăng dần từ trái qua phải Hình 2.13 : Histogram của ảnh sáng Hình 2.14 : Histogram của ảnh tối Hình 2.15 : Bốn biểu đồ ánh sáng Hình 2.16 : Ảnh gốc sau khi Histogram Hình 2.17 : (a) Ảnh màu RGB ; (b) Ảnh màu HSV ; (c) Không gian HSV Hình 2.18 : (a) Ảnh xám ; (b), (c) Ảnh nhị phân Hình 2.19 : Kết quả tìm kiếm với giải thuật CAMSHIFT Hình 2.20 : Tìm pixel trung vị trong cửa sổ lọc Hình 3.1: Tổng quan mô hình phần cứ ng mobile robot tránh vâṭ cản Hình 3.2: Mô hình Hình 3.3: Hình chiếu đứng Hình 3.4: Hình chiếu bằng viii
11. Hình 3.5: Hình chiếu đứng Hình 3.6: Webcam Jeway JW-5330 Hình 3.8 : Sơ đồ chân HC05 Hình 3.9 : Module HC05 đã ra chân Hình 3.10 Cảm biến siêu âm SRF05 Hình 3.11 : Mạch cầu H L298 Hình 3.12: Mô phỏng hoạt động bằng Proteus Hình 3.13 : Động cơ DC Motor Hình 3.14 : Sơ đồ kích xung PWM Hình 3.15 : RC Servo MG996R Hình 3.16 : Pin Lipo Battery Hình 3.17 : Cơ cấu Robot lau nhà Scooba 380 Hình 3.18 : Mofa Morpher Hình 3.19 : Robot Mopbot Hình 3.20 : Cơ cấu lau sàn mô phỏng Hình 3.21 : Phân tích lực Hình 3.22 : Sơ đồ khối các bước xử lý của chương trình Hình 3.23: Phương pháp offset trường hơp̣ 1 Hình 3.24 : Phương pháp offset trường hơp̣ 2 Hình 3.25 : Phương pháp offset trường hơp̣ 3 Hình 3.26 : Phương pháp offset trường hơp̣ 4 Hình 3.27 : Phương pháp offset trường hơp̣ 5 Hình 3.28 : Phương pháp offset trường hơp̣ 5 Hình 3.29: Phương pháp xoắn ốc trường hợp 1 Hình 3.30 : Phương pháp xoắn ốc trường hợp 1 Hình 3.31 : Phương pháp xoắn ốc trường hợp 2 Hình 3.32 : Phương pháp xoắn ốc trường hợp 3 Hình 3.33 : Phương pháp xoắn ốc trường hợp 4 Hình 3.34 : Phương pháp xoắn ốc trường hợp 5 Hình 3.35 :Sơ đồ khối nguyên lýcủa chương trình xử lý ảnh và điều khiển Robot tránh vật cản. Hình 3.36 : Sơ đồ giải thuật phương pháp xác định vị trí Robot. Hình 3.37 : Sơ đồ giải thuật phương pháp xác định vị trí Vật cản. Hình 3.38 : Sơ đồ giải thuật phương pháp tìm đường tránh vật. Hình 3.39 : Không gian màu RGB Hình 3.40 : Không gian màu HSV Hình 3.41: Xử lý không gian màu và tách ngưỡng ix
12. Hình 3.42 : Tính góc lệch Hình 3.43 : Sơ đồ khối giải thuật kết nối và điều khiển Robot đi chuyển. Hình 3.44 : Sơ đồ khối giải thuật điều khiển robot kết hợp cảm biến. Hình 4.1: Hình ảnh mobile robot hoàn chỉnh Hình 4.2 : Mạch điện tử Hình 4.3 : Mobile robot với pin và mac̣ h điêṇ Hình 4.4. Cơ cấu lau sàn Hình 4.5: Giao diện chính Hình 4.6: Giao diêṇ chính và khung ảnh RGB Hình 4.7: Track Red Hình 4.8: Track Green Hình 4.9: Track Offset Hình 4.10 : Track Car Hình 4.11 : Robot đi không có vật cản Hình 4.12 : Robot đi theo các tọa độ điểm Hình 4.13 : Robot đi theo các tọa độ điểm Hình 4.14 : Robot đi có vật cản Hình 4.15 : Robot đi theo các tọa độ điểm khi có vật cản Hình 4.16 : Robot đi theo các tọa độ điểm khi có vật cản Hình 5.1 : Bộ nhớ của Pic 16F887 Hình 5.2 : Sơ đồ khối của TIMER 0 Hình 5.3 : Sơ đồ khối TIMER 1 Hình 5.4 : Sơ đồ khối TIMER 2 Hình 5.5 : Sơ đồ điều chế PWM Hình 5.6 : Sơ đồ khối chế độ PWM x
13. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu đề tài 1.1.1 Lý do chọn đề tài Ngày nay, trên thế giới robot không còn là điều mới lạ nữa. Robot được sử dụng rất phổ biến đặc biệt là ở những nước phát triển, họ sử dụng robot trong mọi lĩnh vực. Tuỳ vào mục đích sử dụng mà người ta sáng tạo ra những con robot có thể đáp ứng được yêu cầu đã được đưa ra. Robot có thể thay thế cho con người làm những công việc nguy hiểm. Ví dụ như: làm việc trong những môi trường có hàm lượng chất phóng xạ cao mà có thể gây ra những hậu quả rất nguy hiểm cho con người. Robot đang ngày càng được cải tiến và phát triển hơn, từ khả năng tự động hoá để làm những cộng việc theo lộ trình cố định, cho đến robot điều khiển từ xa với khả năng hoạt động rộng hơn, phát triển xa hơn nữa là trí tuệ nhân tạo với khả năng tự xử lý tình huống. Hiện nay, robot thông minh nhất là người máy ashimo, có thể giao tiếp với con người và khả năng di chuyển giống con người. Ở Việt Nam, thì các ngành khoa học-công nghệ đang nắm vai trò quan trọng để có thể đưa nước ta lên một tầm cao mới. Khoa học-công nghệ phát triển thì đất nước ngày càng giàu mạnh hơn. Muốn khoa học- công nghệ phát triển thì cần phải có thời gian và sự hiểu biết cũng như sự đầu tư nhiều. Vì thế, để khơi dậy niềm đam mê cũng như tính sáng tạo của các thế hệ trẻ Việt Nam, nước ta đã tổ chức rất nhiều hoạt động mang tính sáng tạo, đặc biệt là cuộc thi sáng tạo robot con. Với sự tham gia của rất nhiều trường đại học và cao đẳng. Đã tạo ra một sân chơi cho sinh viên thúc đẩy tính sáng tạo của mỗi người. Một trong những hướng đi mới của công nghệ Robot là ứng dụng Robot trong lĩnh vực thám hiểm, các hoạt động trong môi trường độc hại, nguy hiểm. Ngày càng đa dạng các loại Robot được nghiên cứu, phát triển tại nhiều nước và các trường Đại học nổi tiếng trên thế giới. Nhận thức được xu hướng và tầm quan trọng của công nghệ Robot ứng dụng xử lý ảnh ở Việt Nam chúng ta, nhóm sinh viên đã quyết định chọn thực hiện đề tài “Thiết kế chế tạo Mobile Robot lau sànứng dụng công nghệ xử lý ảnh” với mong muốn tìm hiểu và ứng dụng công nghệ mới ở mức độ cơ bản, cụ thể là công nghệ xử lý ảnh trong điều khiển mobile robot, đồng thời hy vọng có thể áp dụng kiến thức này vào thực tế vào việccó thể tránh vật cản và lau được những không gian muốn lau của văn phòng, công sở 1
14. 1.1.2 Yêu cầu và giới hạn đề tài Đề tài thực hiện nghiên cứu, thiết kế và thi công mobile robot ứng dụng công nghệ xử lý ảnh, trong đó: Nghiên cứu về Mobile Robot họ vi điều khiển PIC, bộ nhận sóng Bluetooth, động cơ DC, cảm biến và các IC liên quan. Nghiên cứu về lĩnh vực thị giác máy tính, công nghệ xử lý ảnh . Tìm hiểu về lập trình ứng dụng với ngôn ngữ C++ kết hợp thư viện xử lý ảnh mã nguồn mở OpenCV của Intel. Lập trình cho họ vi điều khiển PIC với ngôn ngữ C. Thiết kế hoàn chỉnh mô hình Mobile Robot dạng xe. Thiết kế bộ phận lau sàn và cấp nước. Thiết kế board mạch cho Mobile Robotdùng vi điều khiển, PIC16F887. Lập trình giao diện điều khiển Mobile Robottự động tìm đường ứng dụng thị giác máy tính và kết hợp các loại cảm biến trên xe. 1.1.3 Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu, xây dựng chương trình tìm đường đi cho Mobile Robot dùng xử lý ảnh, xây dựng chương trình điều khiển Mobile Robot di chuyển theo quỹ đạo nhận được từ chương trình xử lý ảnh và cảm biến . 1.1.4 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu a. Mục tiêu của đề tài Thiết kế hoàn thiện phần cơ khí là mô hình của Mobile Robot và phần mạch điện để điều khiển robot, giao tiếp robot - máy tính. Thiết kế hoàn thiện phần cơ cấu lau sàn và cấp nước. Tìm hiểu lý thuyết và ứng dụng cơ bản công nghệ xử lý ảnh. Thu nhận hình ảnh động từ camera (webcam) và xử lý. Nhận dạng màu sắc, xác định vị trí từng điểm đến, các vật cản và lựa chọn đường để tới đích. Sử dụng cảm biến để tránh vật cảm và tìm đường trong trường hợp camera ko nhận diện được vật hoặc có đối tượng mới vào vùng hoạt động của robot b. Nhiệm vụ nghiên cứu Đồ án nghiên cứu phương pháp điều khiển Mobile Robot để tìm đường là dựa vào màu nền và vật cản. Camera sẽ thu những hình ảnh liên tục từ môi trường và truyền về máy tính. Máy tính tiến hành xử lý, nhận dạng và xác định tọa độ vị trí của vật cản và robot, từ đó tính toán tọa độ các điểm điều khiển robot bám theo quỹ đạo dẫn đến đích. 2
15. 1.1.5 Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu tài liệu: nhóm tìm hiểu các tài liệu liên quan đến Mobile Robot, thiết kế cơ khí, điện tử cho Mobile Robot, tài liệu về thị giác máy tính, công nghệ xử lý ảnh, và datasheet của các IC được sử dụng trong đề tài. Tham khảo từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm: các đồ án, các thiết kế mạch có liên quan đã được thi công đưa vào sử dụng ổn định, tham vấn trực tiếp của các anh, chị khóa trước và đặc biệt là giảng viên chuyên ngành thuộc Bộ môn Cơ điện tử. Phương pháp thực nghiệm, thử và sửa sai: qua những lần thử nghiệm trên test board, kết hợp với tính toán giải tích mạch để rút ra giải pháp mạch điện tốt nhất. Quá trình tính toán tọa độ điểm, hướng đi cho Robot cũng được thực hiện dựa trên cơ sở lý thuyết và các số liệu thực tế từ kết quả những lần thực nghiệm. 1.2. Các công trình nghiên cứu có liên quan 1.2.1 Các công trình nghiên cứu ở nước ngoài Mobile Robot hiện đang là một đề tài trọng tâm được đề cập đến trong những nghiên cứu hiện tại và hầu hết các trường Đại học lớn trên thế giới đều có một hoặc nhiều phòng thí nghiệm nghiên cứu về Mobile Robot. Hiện nay, Mobile bobot có thể được tìm thấy trong rất nhiều các lĩnh vực như quân sự, y tế, trong lĩnh vực giải trí, phục vụ công việc nhà và trong công nghiệp, thám hiểm nghiên cứu.  Mobile robot hút bụi sàn nhà [1] Nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp để điều hướng con robot dựa vào cảm biến siêu âm. Khi robot gặp vật cản hay gần tường thì cảm biến này phát hiện và cho robot quay hướng khác. Robot di chuyển trong không gian làm việc của nó và nhiệm vụ làm sạch bụi bẩn nơi nó đi qua. Hình 1.1: Chạy thử nghiệm mobile robot 3
16.  Mobile robot lau sàn mini [2] Robot này với thiết kế nhỏ gọnlàm việc phù hợp trong văn phòng. Nó có thể làm việc lên đến 3 giờ sau khi đã được sạc pin xong, với các loại giẻ lau sàn ướt bề mặt sàn cứng sử dụng các loại khăn lau phổ biến hiện nay để tiện lợi cho người sử dụng và được phát triển rộng rãi ở rất nhiều nơi. Hình 1.2 : Robot đang lau sàn nhà 1.2.2 Các công trình nghiên cứu trong nước Ở Việt Nam, công nghệ Robot nói chung đang được phát triển, tuy nhiên lĩnh vực Robot điều khiển dùng thị giác máy tính vẫn còn khá mới mẻ so với nước ta và chỉ bắt đầu nghiên cứu một vài năm gần đây ở những trường Đại học. Điều khiển Mobile Robot lau sàn tự động [3] Robot lau sàn này là một trong những robot thông dụng và ph ục vụ cho lợi ích của con người hiêṇ nay . Với khả năng di chuyển tư ̣ đôṇ g môṭ cách linh hoaṭ và có thể tránh vật cản nhờ sự hỗ trợ c ủa bộ thu sóng RF điểu khiển bằng tay và tự động của cảm biến siêu âm . Cảm biến siêu âm có thể ví như l à cặp mắt của robot lau sàn , nhờ nó mà robot lau sàn có thể xác điṇ h đươc̣ khoảng cách của vâṭ và có thể tránh vâṭ cản và lau đư ợc những không gian muốn lau của ngôi nhà. 4
17. Hình 1.3 : Hình ảnh bên trong và bên ngoài robot  Robot lau sạch hồ bơi [4] Robot này có thể thay người cọ rửa ở độ sâu 3m của hồ bơi. Nó hút sạch rác bẩn, rong rêu, tảo bám ở dưới sàn, các khe và cạnh hồ cùng với các loại rác. Nó không chỉ cọ rửa hồ bơi, những tạp chất nhỏ như cát bụi ở trong hồ cũng được hút bụi vào túi lọc và làm sạch. Đây chính là ưu điểm nổi bật của robot so với việc dùng sức người cọ rửa thông thường. Hình 1.4 : Hình ảnh thực tế robot lau hồ bơi 5
18. 1.3 Tổng quan về Mobile Robot lau sàn sử dụng xử lý ảnh 1.3.1 Mobile Robot và các phương pháp điều khiển Mobile Robot là loại Robot tự hành có khả năng di chuyển tự do trong một môi trường đã được định sẵn. Nó khác với các loại robot công nghiệp như các loại tay máy chỉ có khả năng đạt tới một vị trí nhất định.  Phân loại a. Robot di động (mobile robot): là các robot mà trong đó nhiệm vụ chủ yếu của nó là di chuyển, định vị, tìm đường đi tối ưu và vẽ lại bản đồ. Có nhiều mobile robot dạng này phổ biến: Robot tránh vật cản sử dụng thiết bị Kinect [5] Nhóm tác giả thuộc đại học bách khoa xây dựng một mô hình mobile robot hoàn chỉnh có khả năng tìm đường đến đích và tránh chướng ngại vật trên quãng đường di chuyển. Một điểm mới được nhấn mạnh là khối thị giác máy tính cho mobile robot,với sự hỗ trợ của thiết bị chơi game Kinect có khả năng khôi phục môi trường phía trước robot dưới dạng 3D, đáp ứng được sự chính xác cần thiết khi phối hợp với các giải thuật điều khiển truyền thống cho robot. Hình 1.5 : Mobile robot Kinect 6
19. Mobile robot hoạt động dựa trên camera quan sát toàn cảnh [6] Nhóm nghiên cứu thuộc viện nghiên cứu và công nghệ - Hellasđã phát triển một phương pháp để điều hướng con robot dựa trên tầm nhìn toàn cảnh. Robot di chuyển trong không gian làm việc của nó, và dựa trên thông tin hình ảnh duy nhất, nó xây dựng một bản đồ topo của môi trường. Bản đồ topo này sau đó được sử dụng để robot di chuyển trong không gian. Hình 1.6: Robot CVRL với camera Hình 1.7: Mô phỏng quỹ đạo di chuyển Robot bám đối tượng di động Nhờ có camera quan sát nên robot có thể phát hiện và bám đối tượng để điều chỉnh hướng đi. Hình 1.8 : Mobile Robot bám đối tƣợng di động SRV1của LANTRONIX [7] 7
20. b. Tay máy (manupulator): Là các robot hoạt động như những cánh tay con người. Một con robot hoạt động như một cánh tay con người để cầm nắm, sắp xếp, di chuyển, tương tác với đồ vật được gọi là tay máy (manupulator). Hình 1.9 : Một dạng robot tay máy c. Haptics : Haptics là một từ gốc Hy Lạp để chỉ cảm giác xúc giác (sense of touch). Nói chung, Haptic bao gồm bao gồm lực tác động (cứng, mềm), cảm giác về bề mặt (thô, nhám, sắc, trơn ) cảm giác về chuyển động mà con người có thể cảm nhận thông qua tiếp xúc, cầm, nắm, sờ Hình 1.10 : Hệ thống Haptic 8
21. 1.3.2 Mobile Robot lau sàn sử dụng xử lý ảnh Robot lau sàn sử dụng xử lý ảnh thuộc loại Mobile Robot tự động, hoạt động theo những chương trình đã được lập trình sẵn có kết hợp với thị giác máy tính. Nhờ có chương trình, Robot có thể lau sàn và tránh được các vật cản trên đường đi, di chuyển chính xác tới một vị trí theo yêu cầu cho trước. Một hệ thống Mobile Robot tránh vật cản sử dụng xử lý ảnh bao gồm: Mobile Robot, Camera Vision được treo trên giá, máy tính (Host Computer) và bộ truyền - nhận Bluetooth (Bluetooth Transceiver). Hình 1.11 : Tổng quan hệ thống Robot lau sàn Camera sẽ thu hình ảnh từ môi trường làm việc của Robot, gồm cả Robot và vật cản. Máy tính sẽ nhận những hình ảnh truyền về từ camera, tiến hành xử lý theo chương trình nhận dạng dựa trên màu sắc của các đối tượng, từ đó phát hiện ra vị trí của Robot, vị trí vật cản và kích thước vật cản. Khi thao tác nhấp chuột trên màn giao diện hiển thị thì chương trình sẽ tiến hành tính toán và tìm đường đi cho Robot đến được điểm cuối mà không bị các vật cản trên đường cản lại. Tiếp đến máy tính sẽ xuất các tín hiệu tương ứng xuống cho Robot thông qua bộ truyền - nhận Bluetooth, Robot sẽ nhận tín hiệu điều khiển và chạy theo đường đã tính toán xong để đến được điểm cuối cùng. 9
22. S K L 0 0 2 1 5 4