Đề tài Thiết kế và điều khiển Robot tự hành dò đường trong mê cung
Trong giai đoạn hiện nay, máy tính có thể giải được rất nhiều bài toán khó mà trước kia chưa giải quyết được. Mặc dù vậy v n còn một số lớn các bài toán rất thú vị cần một thuật toán thích hợp để giải chúng. Trong đó, các bài toán sử dụng trí tuệ nhân tạo là các bài toán thường gặp trong các ứng dụng thực tiễn. Ví dụ: ứng dụng phương pháp mô phỏng luyện thép để tìm đường đi ngắn nhất cho xe cứu hỏa, bài toán chơi cờ, hay robot tự hành…
Robot tự hành hay robot di động (mobile robot hay được viết tắt là mobot) được định nghĩa là một loại xe robot có khả n ng tự dịch chuyển, tự vận động (có thể lập trình lại được) dưới sự điều khiển tự động có khả n ng hoàn thành 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 tổ hợp giữa chúng. Địa hình bề mặt mà robot di chuyển trên đó có thể bằng phẳng hoặc thay đổi, lồi lõm. Đề tài nghiên cứu này đi sâu nghiên cứu robot tự hành dò đường trong mê cung.
Robot tự hành (Mobile Robot) là một thành phần có vai trò quan trọng trong ngànhRobot học, một ngành không thể thiếu trong lĩnh vực tự động hóa. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống tự động hóa, robot tự hành ngày một được hoàn thiện và càng cho thấy lợi ích của nó trong công nghiệp và sinh hoạt.
Một vấn đề rất được quan tâm khi nghiên cứu về robot tự hành là làm thế nào để robot biết được vị trí nó đang đứng và có thể di chuyển tới một vị trí xác định, đồng thời có thể tự động tránh được các chướng ngại vật trên đường đi. Vì vậy, việc chế tạo thành công đề tài này sẽ mở ra một hướng tiếp cận mới và góp phần thúc đẩy việc ứng dụng của robot ngày càng nhiều vào trong đời sống hằng ngày và trong nghiên cứu chế tạo.
Tóm tắt nội dung tài liệu: Đề tài Thiết kế và điều khiển Robot tự hành dò đường trong mê cung

www.dienvietnam.vn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ---------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: Thiết Kế Và Điều Khiển Robot Tự Hành Dò Đường Trong Mê Cung GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm SVTH: Đỗ Trường Giang 08118020 Nguyễn Phước Khánh 08118036 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2012 www.dienvietnam.vn Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Trường Đại Học SPKT TP.HCM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc Khoa: Điện – Điện tử ---o0o--- ---o0o--- NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Đỗ Trường Giang MSSV: 08118020 Nguyễn Phước Khánh MSSV: 08118036 Lớp: 081180B Ngành: Công Nghệ Điện Tự Động 1.Tên đề tài: Thiết Kế và Điều Khiển Robot Tự Hành Dò Đường Trong Mê Cung 2. Mục tiêu và giới hạn: Mục tiêu của đề tài là thiết kế, thi công, điều khiển robot tự hành. Robot tự hành có thể hoạt động ổn định, tự tìm đường đi đến vị trí đích đã xác định sẵn trong mê cung, có thể học nhanh chóng cách tìm đường đi khi thay đổi hình dạng mê cung, sử dụng thuật toán tìm kiếm theo chiều sâu trong trí tuệ nhân tạo. Giới hạn của đề tài, robot tự hành chỉ tìm được đường đi đến vị trí đích đã định sẵn, sử dụng thuật toán tìm kiếm theo chiều sâu trong trí tuệ nhân tạo. 3. Ngày giao đề tài: 4. Ngày hoàn thành: TPHCM, tháng n m 2 2 TPHCM, tháng n m 2 2 Giáo viên hướng d n Chủ nhiệm Bộ môn ĐKTĐ TS. Nguyễn Minh Tâm TS.Nguyễn Minh Tâm www.dienvietnam.vn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Giáo viên hướng d n: TS. Nguyễn Minh Tâm Họ và tên sinh viên: Đỗ Trường Giang MSSV: 08118020 Nguyễn Phước Khánh MSSV: 08118036 Lớp: 081180B Ngành: Công Nghệ Điện Tự Động 1.Tên đề tài: Thiết Kế và Điều Khiển Robot Tự Hành Dò Đường Trong Mê Cung Nhận xét của giáo viên hướng d n: ------------------------------------------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------------------------------------------ TPHCM, tháng n m 2 2 Giáo viên hướng d n TS. Nguyễn Minh Tâm www.dienvietnam.vn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Giáo viên phản biện: Họ và tên sinh viên: Đỗ Trường Giang MSSV: 08118020 Nguyễn Phước Khánh MSSV: 08118036 Lớp: 081180B Ngành: Công Nghệ Điện Tự Động 1.Tên đề tài: Thiết Kế và Điều Khiển Robot Tự Hành Dò Đường Trong Mê Cung Nhận xét của giáo viên phản biện: ------------------------------------------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------------------------------------------ TPHCM, tháng n m 2 2 Giáo viên phản biện www.dienvietnam.vn Lời Cảm Ơn Để có được thành công của đề tài như ngày hôm nay, trước hết nhóm sinh viên thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy Nguyễn Minh Tâm và thầy Phạm Hoàng Thông, hai thầy đã định hướng và hỗ trợ về phương tiện, thiết bị cũng như động viên, khích lệ tinh thần làm việc của các thành viên trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Bên cạnh đó, những người thực hiện đề tài cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong Bộ môn Tự động Điều khiển nói riêng và các thầy cô giáo trong Khoa Điện-Điện Tử nói chung đã nhiệt tình giúp đỡ chúng em về các kiến thức liên quan tới lĩnh vực nghiên cứu của đề tài trong suốt thời gian thực hiện đề tài, cũng như các kiến thức mà các thầy cô đã truyền đạt cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường. Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Anh Lê Đình Cẩn và các bạn trong đội Robocon SPK – Galaxy. Trong suốt thời gian thực hiện thi công phần cơ khí của mô hình này, Anh và các bạn đã tận tình giúp đỡ về vật tư, máy móc và điều đặc biệt là anh đã trực tiếp vẽ một số chi tiết phức tạp để có được mô hình mang tính kỹ thuật và khoa học như robot hiện tại. Nhóm sinh viên thực hiện đề tài Đỗ Trường Giang Nguyễn Phước Khánh www.dienvietnam.vn Mục lục Lời Cảm Ơn ............................................................................................................... 8 Chương 1:................................................................................................................. 15 Tổng Quan ................................................................................................................. 15 . Đặt vấn đề: ........................................................................................................ 15 .2 Mục tiêu đề tài: ................................................................................................. 15 .4 Nội dung nghiên cứu: ........................................................................................ 16 1.5 Nội dung của đề tài: .......................................................................................... 16 Chương 2:................................................................................................................. 17 Cơ sở lý thuyết .......................................................................................................... 17 2. Tổng quan về trí tuệ nhân tạo: ........................................................................... 17 2.2 Không gian bài toán : ........................................................................................ 18 2.3 Chiến lược tìm kiếm : ........................................................................................ 19 2.3.2 Chiến lược tìm kiếm suy diễn lùi: .................................................................. 19 2.4 Giải thuật tìm kiếm: .......................................................................................... 19 2.4. Giải thuật tìm kiếm theo chiều rộng (Breadth_First_Search): ......................... 20 2.4.2 Giải thuật tìm kiếm theo chiều sâu (Depth First Search): ................................ 22 2.4.3 Giải thuật tìm kiếm truyền lùi ( Back Tracking search ) :................................ 23 2.5 Tìm Kiếm Heuristic:.......................................................................................... 25 2.5. Giải thuật tìm kiếm Best_First_Search: ......................................................... 25 2.5.2 Hàm đánh giá heuristic: .................................................................................. 27 Chương 3:................................................................................................................. 28 Thiết kế và thi công mô hình robot tự hành ................................................................ 28 3. Tổng quan về phần cứng Robot tự hành. ........................................................... 28 3.2 Lựa chọn thiết bị: .............................................................................................. 30 3.2.1 Lựa chọn động cơ. ...................................................................................... 30 www.dienvietnam.vn 3.2.2 Lựa chọn cảm biến: ........................................................................................ 31 3.3 Thiết kế mạch điện cho Robot: .......................................................................... 31 3.3. Giao diện TWI (I2C): ..................................................................................... 34 3.3.2 TWI trên AVR: .............................................................................................. 39 3.4 Thiết kế mạch điện tử ........................................................................................ 51 3.4.1 Mạch cảm biến dùng quang trở ...................................................................... 51 3.4.2 Mạch điều khiển động cơ ............................................................................... 51 3.4.3 Mạch giao tiếp EEPROM: .............................................................................. 55 3.4.4 Mạch giao tiếp máy tính: ................................................................................ 56 Chương 4:................................................................................................................. 57 Thuật toán điều khiển ................................................................................................ 57 4. Các phương pháp giải quyết vấn đề cơ bản:....................................................... 57 4. . Các chiến lược tìm kiếm: ................................................................................ 57 4. .2 Tìm kiếm theo chiều sâu:................................................................................ 57 4.2 Lưu đồ giải thuật tìm đường đi cho Robot: ........................................................ 59 Chương 5:................................................................................................................. 61 Kết quả thực nghiệm .................................................................................................. 61 5.1 Robot đã được thiết kế: ..................................................................................... 61 5.2 Kết quả thực nghiệm robot tìm đường: .............................................................. 62 Chương 6:................................................................................................................. 66 Kết luận và hướng phát triển đề tài ............................................................................ 66 6. Kết Luận: .......................................................................................................... 66 6.2 Hướng phát triển: .............................................................................................. 66 Tài liệu tham khảo ................................................................................................... 67 www.dienvietnam.vn Danh mục các hình Hình 2.1 Không gian trạng thái của bài toán tìm kiếm theo chiều rộng Hình 2.2 Không gian trạng thái của bài toán tìm kiếm theo chiều sâu Hình 3.1 Robot tự hành dò đường trong mê cung đã được thiết kế. Hình 3.2 Sơ đồ khối Robot tự hành Hình 3.3 Vi điều khiển ATmegaA Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc ATmega8A Hình 3.5 Mạng TWI (I2C) với nhiều thiết bị và 2 điện trở kéo lên cho SDA, SCL. Hình 3.6 Quá trình lấy m u dữ liệu nối tiếp. Hình 3.7 Mô tả các Master tạo ra START, STOP và REPEAT START. Hình 3.8 Mô tả định dạng gói dữ liệu trong TWI(I2C) Hình 3.9 Khung truyền thông thường Hình 3.10 Master truyền dữ liệu. Hình 3.11 Master nhận dữ liệu. Hình 3.12 Slave nhận dữ liệu. Hình 3.13 Slave truyền dữ liệu. Hình 3.14 Mạch cầu H Hình 3.15 Nguyên lý hoạt động của mạch cầu H Hình 3.16 Sơ đồ chân của IC L298 (phải) và IC L298 (trái) Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lý của IC L298. Hình 3.18 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ Hình 3.19 Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp EEPROM Hình 3.20 Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp máy tính Hình 4.1 Tìm kiếm theo chiều sâu Hình 5.1 Robot tự hành dò đường trong mê cung Hình 5.2 Mô phỏng mê cung www.dienvietnam.vn Hình 5.3 Lần chạy đầu tiên Hình 5.4 Lần chạy thứ 2 Hình 5.5 Lần chạy thứ 3 Hình 5.6 Lần chạy thứ 4 Hình 5.7 Lần chạy thứ 5 Hình 5.8 Lần chạy thứ 6 www.dienvietnam.vn Danh mục các bảng Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của robot tự hành Bảng 3.2 Tốc độ xung giữ nhịp tham khảo. Bảng 3.3 Các chân điều khiển của ATmega8A
File đính kèm:
de_tai_thiet_ke_va_dieu_khien_robot_tu_hanh_do_duong_trong_m.pdf