khóa luận robot dò đường trong mê cung

81 672 4
khóa luận robot dò đường trong mê cung

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

TÓM TẮT ĐỀ TÀI 1. Đặt vấn đề 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 năng tự dịch chuyển, tự vận động (có thể lập trình lại được) dưới sự điều khiển tự động có khả năng 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 khoa học này đi sâu nghiên cứu Robot tự hành dò đường trong mê cung. 2. Mục tiêu đề tài Mục tiêu của đề tài là thiết kế, thi công, điều khiển robot tự hành. Mobile robot 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. 3. Nội dung nghiên cứu Dựa vào nguyên lý hoạt động của Mobile robot tôi đã thiết kế mô hình bằng các phương pháp cụ thể như sau: Khảo sát phân tích tổng hợp: Phân tích cách thức hoạt động của Mobile robot để thiết kế bộ phận dò tìm có độ chính xác cao nhất, bộ phận xử lí tín hiệu có tốc độ cao nhất đồng thời có giá thành thấp và tuổi thọ cao… Khảo sát tính khả thi của từng thuật toán nhỏ trong trí tuệ nhân tạo. Từ thuật toán sử dụng, hình thành nên mô hình robot phục vụ cho những yêu cầu từ thuật toán đưa ra. Thực nghiệm: dùng phương pháp thực nghiệm để kiểm tra tính khả thi của từng thuật toán. Đánh giá kết quả dựa trên quá trình thực nghiệm. 4. Nội dung từng chương của đề tài Chương 1: Tổng quan Chương này kể về sự hình thành robot từ sơ khai đến sự phát triển rộng lớn như ngày nay, cũng như tương lai, xu hướng phát triển của robot. Định nghĩa, phân loại Mobile robot, định nghĩa mê cung là gì. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Nội dung của chương này là trình bày lý thuyết về trí tuệ nhân tạo và các thuật toán tìm kiếm trong trí tuệ nhân tạo. Chương 3: Cấu tạo Robot di động Chương này chủ yếu trình bày sơ lược về cấu trúc hoạt động của ATMEGA 328, chi tiết cảm biến, thiết kế mạch cảm biến cũng như mạch điều khiển động cơ, thiết kế về phần cơ khí và phần điện cho mô hình robot di động và mô hình robot hoàn chỉnh. Chương 4: Thuật toán điều kiển và chương trình nạp Chương này trình bày lưu đồ thuật toán tìm kiếm của đề tài. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển. Chương này trình bày những kết quả đạt được trong luận văn, các mặt hạn chế và hướng phát triển của đề tài. LỜI CẢM ƠN Để thực hiện khóa luận tốt nghiệp, tôi đã nhận được rất nhiều sự chỉ dẫn, giúp đỡ và động viên quý báu từ quý thầy, cô và bạn bè. Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với thầy Đoàn Xuân Nam, người thầy hướng dẫn đã tận tình chỉ cho tôi phương hướng thực hiện đồ án tốt nghiệp, thầy cũng đã cung cấp cho tôi rất nhiều kiến thức chuyên sâu để thực hiện đề tài. Bên cạnh đó, sự hợp tác và giúp đỡ của bạn bè và các thế hệ sinh viên đi trước cũng giúp tôi rất nhiều trong việc thực hiện đề tài này. Tôi cũng xin cảm ơn gia đình đã luôn chăm sóc và quan tâm đến việc học của tôi, luôn tự hào vì có gia đình luôn động viên tôi trong quá trình học tập. Và cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới những người đã tham gia giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện mà tôi chưa nêu lên ở đây, sự giúp đỡ của họ dù ít hay nhiều cũng đóng góp một phần vào kết quả thực hiện đề tài đồ án tốt nghiệp này. Tp. Hồ Chí Minh, ngày…. tháng …năm…. Sinh Viên Thực Hiện   MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 1 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 2 TÓM TẮT ĐỀ TÀI 3 LỜI CẢM ƠN 5 MỤC LỤC HÌNH ẢNH 8 LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG 2 1.1 Giới thiệu sơ lược về robot 2 1.1.1 Sự tác động của Robot lên xã hội 2 1.1.2 Tương lai, xu hướng phát triển của Robot 3 1.2 Phương pháp thiết kế robot di động 4 1.3 Định nghĩa và phân loại Robot 4 1.4 Mê cung đường (Maze line) 5 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7 2.1 Không gian bài toán 7 2.2 Chiến lược tìm kiếm 7 2.2.1 Tìm kiếm suy diễn tiến 7 2.2.2 Chiến lược tìm kiếm suy diễn lùi 8 2.3 Giải thuật tìm kiếm 8 2.3.1 Giải thuật tìm kiếm theo chiều rộng (Breadth_First_Search) 9 2.3.2 Giải thuật tìm kiếm theo chiều sâu (Depth First Search) 10 2.3.3 Giải thuật tìm kiếm truyền lùi ( Back Tracking search ) 12 2.4 Tìm Kiếm Heuristic 13 2.4.1 Giải thuật tìm kiếm Best_First_Search 14 2.4.2 Hàm đánh giá heuristic 16 CHƯƠNG 3. CẤU TẠO ROBOT DI ĐỘNG 17 3.1 Khái quát về cấu tạo của Robot di động 17 3.2 Cảm biến hồng ngoại 17 3.2.1 Thiết kế mạch cảm biến 19 3.2.2 LM358 loại dán 20 3.3 Atmega328P 22 3.3.1 Thông số ATMEGA328P 22 3.4 Mạch điều khiển động cơ 23 3.4.1 Mạch cầu H 23 3.4.2 IC L298 24 3.4.3 Thiết kế mạch điều khiển động cơ 26 3.4.4 LED 0805 27 3.4.5 Biến trở 10k 27 3.4.6 Điện trở dùng trong mạch 28 3.4.7 Transitor 28 3.4.8 Diode 1N4007 M7 1A SMD 29 3.5 Động cơ DC 29 3.6 Nguồn cấp 31 3.7 Sơ đồ nguyên lý Mobile Robot 31 3.8 Mô hình robot di động sau khi hoàn thành 35 CHƯƠNG 4. THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 37 4.1 Các phương pháp giải quyết vấn đề cơ bản 37 4.1.1 Các chiến lược tìm kiếm 37 4.1.2 Tìm kiếm theo chiều sâu 37 4.2 Lưu đồ giải thuật tìm đường đi cho Robot 39 4.3 Thuật toán LSRB 39 4.4 Tối ưu hóa đường đi 45 4.5 Ví dụ minh họa 46 4.6 Chương trình nạp cho AT MEGA328 54 4.6.1 Phần khai báo 54 4.6.2 Phần động cơ 55 4.6.3 Phần cảm biến 66 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 70 5.1 Kết luận 70 5.2 Hướng phát triển 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1. 1 Wheel Robot 5 Hình 1. 2 Một số hình dạng của mê cung 6 Hình 1. 3 Mê cung đường đơn giản 6 Hình 2. 1 Không gian trạng thái của bài toán tìm kiếm theo chiều rộng 9 Hình 2. 2 Không gian trạng thái của phương pháp tìm kiếm theo chiều sâu. 11 Hình 3. 1 Sơ đồ khối cấu tạo robot di động 17 Hình 3. 2 Led phát và thu hồng ngoại 18 Hình 3. 3 Photodiode 18 Hình 3. 4 Cách cảm biến hoạt động 19 Hình 3. 5 Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến hồng ngoại 20 Hình 3. 6 LM358 loại dán 20 Hình 3. 7 Sơ đồ chân LM358 21 Hình 3. 8 ATMEGA328P 22 Hình 3. 9 Sơ đồ nguyên lý động cơ quay theo chiều thuận 23 Hình 3. 10 Sơ đồ nguyên ly động cơ DC quay theo chiều nghịch 23 Hình 3. 11 PowerSO20 24 Hình 3. 12 L298 25 Hình 3. 13 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ sử dụng L298 27 Hình 3. 14 led0805 27 Hình 3. 15 biến trở 10k 28 Hình 3. 16 trở 330 28 Hình 3. 17 transitor 3904 29 Hình 3. 18 Diode 1N4007 M7 29 Hình 3. 19 Động cơ quay thuận 30 Hình 3. 20 Động cơ quay nghịch 30 Hình 3. 21 Động cơ DC giảm tốc GA12 31 Hình 3. 22 Pin 18650 31 Hình 3. 23 Sơ đồ nguyên lý 34 Hình 3. 24 Mạch in 35 Hình 3. 25 Phía bên phải của Robot 36 Hình 4. 1 Tìm kiếm theo chiều sâu. 38 Hình 4. 2 Cách Mobile tìm đường đến đích 39 Hình 4. 3 Cách Mobile robot tìm đường đi ngắn nhất 39 Hình 4. 4 Đặt tên cảm biến 40 Hình 4. 5 Những kết quả cảm biến khi đi theo đường thẳng 40 Hình 4. 6 Trường hợp cảm biến đặt gần nhau 41 Hình 4. 7 Các khả năng robot gặp phải 41 Hình 4. 8Chỉ rẽ trái, thẳng hoặc rẽ trái 42 Hình 4. 9 Chỉ rẽ phải, thẳng hoặc rẽ phải 42 Hình 4. 10 Ngã 3, ngã 4 và đích đến 42 Hình 4. 11 Chỉ rẽ Trái 43 Hình 4. 12 Chỉ rẽ phải 43 Hình 4. 13 Chữ T 43 Hình 4. 14 Ngã tư 44 Hình 4. 15 Thẳng hoặc rẽ trái 44 Hình 4. 16 Thẳng hoặc rẽ phải 44 Hình 4. 17 Đích 45 Hình 4. 18 Đường cụt 45 Hình 4. 19 Điểm xuất phát 47 Hình 4. 20 Điểm đi thẳng hoặc rẽ phải 47 Hình 4. 21 Robot đi thẳng 47 Hình 4. 22 Robot tiếp tục đi thẳng 48 Hình 4. 23 Robot quay đầu 48 Hình 4. 24 Sau quay đầu robot tiếp tục chạy thẳng. 48 Hình 4. 25 Robot rẽ trái 49 Hình 4. 26 Robot ghi nhớ ký tự “R” 49 Hình 4. 27 Robot ghi nhớ ký tự “RL” 49 Hình 4. 28 Robot ghi nhớ ký tự “RLR” 50 Hình 4. 29 Robot ghi nhớ ký tự “RLRB” 50 Hình 4. 30 Robot ghi nhớ ký tự “RLRBL” 50 Hình 4. 31 Robot ghi nhớ ký tự “RLB” 51 Hình 4. 32 Robot ghi nhớ ký tự “RLBL” 51 Hình 4. 33 Robot ghi nhớ ký tự “RS” 51 Hình 4. 34 Robot ghi nhớ ký tự “RSB” 52 Hình 4. 35 Robot ghi nhớ ký tự “RSBL” 52 Hình 4. 36 Robot ghi nhớ ký tự “RR” 52 Hình 4. 37 Robot ghi nhớ ký tự “RRL” 53 Hình 4. 38 Robot ghi nhớ ký tự “RRLL” 53 Hình 4. 39 Robot ghi nhớ ký tự “RRLLD” 53 Hình 4. 40 Robot tối ưu đường đi 54 LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển nhanh chóng của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ chế tạo robot cũng phát triển theo. Robot ngày càng gia tăng về số lượng, lẫn chất lượng nhằm đáp ứng cho nhu cầu tự động hoá các quy trình sản xuất, các nhu cầu trong thám hiểm... cũng như phục vụ cho đời sống con người. Trong xu thế sử dụng robot ngày càng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt, ở Việt Nam, ngành công nghiệp robot cũng đang từng bước phát triển. Tuy nhiên các robot này chỉ sản xuất dưới dạng người máy công nghiệp, các tay máy hoặc như các máy phục vụ cho nhu cầu giải trí. Trong khi đó, loại robot di động vẫn chưa được chú ý nhiều, mặc dù đây là loại robot có tiềm năng rất lớn, có thể dùng trong nhiều mục đích khác nhau như: giải trí trong gia đình, phục vụ trong các công sở, trong các mục đích quân sự, và dùng nhiều trong thám hiểm hành tinh. Tiêu biểu trong họ robot này có thể kể đến như: chó robot Aibo, xe tự hành Sojourner thám hiểm sao hỏa và các loại robot dò mìn ... Robot di động là một lĩnh vực có nhiều tiềm năng, nên dù hạn chế về kiến thức và ít ỏi về tài liệu nhưng tôi cố gắng thực hiện đồ án tốt nghiệp về đề tài này ở mức độ đơn giản. Dù đã cố gắng nhưng cũng còn rất nhiều sai sót, khuyết điểm. Tôi rất mong được sự chỉ bảo thêm nơi quý thầy cô và bạn bè. Tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm của quý thầy cô và bạn bè. CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu sơ lược về robot Trên 1921, trên sân khấu kịch nói ở Tiệp Khắc, trong tác phẩm nhan đề “R.U.R” hay “Rossuum’s Universal Robot’s” của Karel Capek, xuất hiện nhân vật “Robotnik” có nghĩa là công nhân. Nhân vật trong vở diễn mô tả một khối cơ khí rập khuôn hình dáng con người. Sau đó những cỗ máy này được dùng trong chiến tranh và cuối cùng đã quay lại chống loài người đã sáng tạo ra chúng. Tuy nhiên trước đó người Hi Lạp đã chế tạo những tượng đá có thể chuyển động được, đó chính là sự bắt đầu của những gì chúng ta gọi là Robot. Trong phần lớn trường hợp danh từ Robot hiện nay hàm ý những cỗ máy nhân tạo có thể thực hiện những công việc hay những hành động khác thường, được thực hiện bởi con người. Đa số các Robot ngày nay được sử dụng trong các nhà máy để chế tạo những sản phẩm như xe hơi và điện tử, máy móc công nghiệp. Những loại khác được dùng trong các công việc nghiên cứu, thám hiểm mặt đất, đại dương và trên các hành tinh khác. Robot thường có 3 phần chính: Bộ não (Brain): Thường là một máy tính, vi xử lý hoặc vi điều khiển. Các bộ phận cơ khí và chấp hành (Actuator): Động cơ, piston, cơ câu kẹp, bánh răng, bánh xe. Cảm biến (Sensor): Thị giác, âm thanh, nhiệt độ, chuyển động, ánh sáng, xúc giác... Với 3 thành phần này, Robot có thể tương tác và tác động đến môi trường của chúng ta trở nên hữu dụng. 1.1.1 Sự tác động của Robot lên xã hội Vì Robot được dùng chủ yếu trong sản xuất, nên chúng ta có thể thấy được sự tác động của chúng lên những sản phẩm chúng ta dùng hằng ngày. Thường thì sự tác động này mang tính tích cực, làm cho sản phẩm trở nên tốt hơn, giá rẻ hơn. Robot cũng được dùng trong những trường hợp mà nó có thể làm tốt hơn con người như giải phẫu, ở đó sự chính xác cao rất cần thiết. Robot còn được dùng trong thám hiểm những nơi nguy hiểm như núi lửa hoặc trong việc dò mìn, điều này cho phép chúng ta hoàn thành công việc mà không gây nguy hiểm cho ta. Tuy nhiên vẫn có những vấn đề với Robot. Như bất cứ loại máy nào, Robot có thể ngưng hoạt động và ngay cả gây tai nạn. Chúng là những cỗ máy mạnh mẽ, con người để cho nó tự điều khiển một vài công việc. Khi có một hành động nào đó đi sai hướng thì những điều nguy hiểm nhất có thể xảy ra. May mắn là điều này ít khi xảy ra vì hệ thống Robot được thiết kế với nhiều đặc tính an toàn, sẽ giới hạn những thiệt hại có thể. Ngoài ra, vấn đề sẽ trở nên rất nghiêm trọng nếu Robot được sử dụng vào những mục đích xấu, chống lại con người. Ngày nay điều này đã trở thành hiện thực, với những hình thức khác nhau của kỹ thuật như chế tạo vũ khí và vật liệu sinh học. 1.1.2 Tương lai, xu hướng phát triển của Robot Robot đã có những bước tiến đáng kể trong hơn nửa thế kỷ qua. Robot đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp vào những năm 60 để thay thế con người làm những công việc nặng nhọc, nguy hiểm trong môi trường độc hại. Do nhu cầu sử dụng ngày càng nhiều trong quá trình sản xuất phức tạp nên robot công nghiệp cần có những khả năng thích ứng linh hoạt và thông minh hơn. Ngày nay, ngoài ứng dụng sơ khai ban đầu của robot trong chế tạo máy thì các ứng dụng khác như trong y tế, chăm sóc sức khỏe, nông nghiệp, đóng tàu, xây dựng, an ninh quốc phòng đang là động lực cho sự phát triển của ngành công nghiệp robot. Có thể kể đến những loại robot được quan tâm nhiều trong thời gian qua là: tay máy robot, robot di động (Mobile Robots), robot phỏng sinh học (Bio Inspired Robots) và robot cá nhân (Personal 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), robot tự hành trên không UAV (Unmanned Arial Vehicles) và robot vũ trụ (Space robots). Với robot phỏng sinh học, các nghiên cứu trong thời gian qua tập trung vào hai loại chính là robot đi bộ (Walking robot) và robot dáng người (Humanoid robot). Bên cạnh đó các loại robot phỏng sinh học như cá dưới nước, các cấu trúc chuyển động phỏng theo sinh vật biển cũng được nhiều nhóm nghiên cứu, phát triển. 1.2 Phương pháp thiết kế robot di động

... thuật tốn tìm kiếm đề tài Chương 5: Kết luận hướng phát triển Chương trình bày kết đạt luận văn, mặt hạn chế hướng phát triển đề tài LỜI CẢM ƠN Để thực khóa luận tốt nghiệp, tơi nhận nhiều dẫn,... 4.6.2 Phần động .55 4.6.3 Phần cảm biến .66 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .70 5.1 Kết luận 70 5.2 Hướng phát triển .70 TÀI LIỆU THAM KHẢO ... điều kiện hợp với liệu ban đầu toán để vế kết luận phát sinh liệu - Tại điểm liệu mới, chọn tất luật ứng dụng với vế điều kiện hợp với liệu để vế kết luận phát sinh liệu - Thủ tục lặp lại cho tất

Ngày đăng: 14/09/2018, 19:43

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

  • NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

  • TÓM TẮT ĐỀ TÀI

  • LỜI CẢM ƠN

  • MỤC LỤC HÌNH ẢN

  • LỜI MỞ ĐẦU

  • CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG

    • 1.1 Giới thiệu sơ lược về robot

      • 1.1.1 Sự tác động của Robot lên xã hội

      • 1.1.2 Tương lai, xu hướng phát triển của Robot

    • 1.2 Phương pháp thiết kế robot di động

    • 1.3 Định nghĩa và phân loại Robot

    • 1.4 Mê cung đường (Maze line)

  • CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

    • 2.1 Không gian bài toán

    • 2.2 Chiến lược tìm kiếm

      • 2.2.1 Tìm kiếm suy diễn tiến

      • 2.2.2 Chiến lược tìm kiếm suy diễn lùi

    • 2.3 Giải thuật tìm kiếm

      • 2.3.1 Giải thuật tìm kiếm theo chiều rộng (Breadth_First_Search)

      • 2.3.2 Giải thuật tìm kiếm theo chiều sâu (Depth First Search)

      • 2.3.3 Giải thuật tìm kiếm truyền lùi ( Back Tracking search )

    • 2.4 Tìm Kiếm Heuristic

      • 2.4.1 Giải thuật tìm kiếm Best_First_Search

      • 2.4.2 Hàm đánh giá heuristic

  • CHƯƠNG 3. CẤU TẠO ROBOT DI ĐỘNG

    • 3.1 Khái quát về cấu tạo của Robot di động

    • 3.2 Cảm biến hồng ngoại

      • 3.2.1 Thiết kế mạch cảm biến

      • 3.2.2 LM358 loại dán

    • 3.3 Atmega328P

      • 3.3.1 Thông số ATMEGA328P

    • 3.4 Mạch điều khiển động cơ

      • 3.4.1 Mạch cầu H

      • 3.4.2 IC L298

      • 3.4.3 Thiết kế mạch điều khiển động cơ

      • 3.4.4 LED 0805

      • 3.4.5 Biến trở 10k

      • 3.4.6 Điện trở dùng trong mạch

      • 3.4.7 Transitor

      • 3.4.8 Diode 1N4007 M7 1A SMD

    • 3.5 Động cơ DC

    • 3.6 Nguồn cấp

    • 3.7 Sơ đồ nguyên lý Mobile Robot

    • 3.8 Mô hình robot di động sau khi hoàn thành

  • CHƯƠNG 4. THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN

    • 4.1 Các phương pháp giải quyết vấn đề cơ bản

      • 4.1.1 Các chiến lược tìm kiếm

      • 4.1.2 Tìm kiếm theo chiều sâu

    • 4.2 Lưu đồ giải thuật tìm đường đi cho Robot

    • 4.3 Thuật toán LSRB

    • 4.4 Tối ưu hóa đường đi

    • 4.5 Ví dụ minh họa

    • 4.6 Chương trình nạp cho AT MEGA328

      • 4.6.1 Phần khai báo

      • 4.6.2 Phần động cơ

      • 4.6.3 Phần cảm biến

  • CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

    • 5.1 Kết luận

    • 5.2 Hướng phát triển

  • TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan