Luận văn thạc sĩ về ứng dụng xử lý ảnh trong điều khiển chuyển động robot cá 3 khớp

• Tác giả: Hoàng Quốc Phương
• Người hướng dẫn: TS. Võ Tường Quân
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử
• Đề tài: Ứng Dụng Xử Lý Ảnh Trong Điều Khiển Robot Cá 3 Khớp
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tình hình nghiên cứu trong, ngoài nước
• 1.2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng về xử lý ảnh
• 1.3. Hướng nghiên cứu chính của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA
• 2.1. Giả thuyết và ký hiệu
• 2.2. Mô hình hóa
• 3. CHƯƠNG 3: XỬ LÝ ẢNH VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH XÁC ĐỊNH KHOẢNG CÁCH GIỮA 2 ĐIỂM TRONG MẶT PHẲNG
• 3.1. Tổng quan xử lý ảnh
• 3.2. Một số khái niệm cơ bản về ảnh và điểm ảnh
• 3.3. Độ phân giải ảnh
• 3.4. Tìm hiểu về mô hình camera
• 3.5. Camera Calibration — Hiệu chỉnh camera
• 3.6. Tiến hành Calib camera kiểm tra độ chính xác của kết quả calib
• 3.7. Ứng dụng kết quả calib xác định khoảng cách giữa 2 điểm mẫu cho trước
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH TRONG ĐIỀU KHIỂN ROBOT CÁ
• 4.1. Quá trình xử lý ảnh
• 4.2. Ứng dụng xử lý ảnh trong điều khiển robot cá
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Mục tiêu thực nghiệm
• 5.2. Cách tiến hành thực nghiệm
• 5.3. Kết quả thực nghiệm
• 5.4. Nhận xét về kết quả thực nghiệm
• 5.5. Kết luận và hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Xử lý ảnh và ứng dụng trong điều khiển robot cá

Xử lý ảnh là công nghệ cốt lõi trong nghiên cứu này, được sử dụng để xác định vị trí và hướng di chuyển của robot cá 3 khớp. Công nghệ này cho phép nhận dạng các điểm màu trên robot và mục tiêu, từ đó tính toán khoảng cách và góc lệch. Hệ thống điều khiển dựa trên kết quả xử lý ảnh giúp robot di chuyển chính xác từ vị trí ban đầu đến đích. Cảm biến hình ảnh và thuật toán xử lý ảnh đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện độ chính xác và hiệu quả của hệ thống.

1.1. Xác định vị trí và hướng di chuyển

Xử lý ảnh được áp dụng để xác định vị trí của robot cá và điểm đích thông qua các điểm màu được đánh dấu. Thuật toán xử lý ảnh phân tích hình ảnh từ camera để tính toán khoảng cách và góc lệch giữa robot và mục tiêu. Kết quả này được sử dụng để điều chỉnh hướng di chuyển của robot, đảm bảo nó di chuyển chính xác theo hướng mong muốn.

1.2. Ứng dụng trong điều khiển robot

Kết quả từ xử lý ảnh được tích hợp vào hệ thống điều khiển của robot cá 3 khớp. Hệ thống này sử dụng các thông số như khoảng cách và góc lệch để điều khiển chuyển động của robot. Tự động hóa và công nghệ robot được áp dụng để tối ưu hóa quá trình di chuyển, giúp robot hoạt động linh hoạt và tiết kiệm năng lượng.

II. Mô hình hóa và động lực học của robot cá

Nghiên cứu này tập trung vào mô hình hóa và phân tích động lực học của robot cá 3 khớp. Mô hình được xây dựng dựa trên phương trình Lagrange, mô phỏng chuyển động của robot trong môi trường nước. Lực đẩy được tạo ra từ chuyển động của đuôi, mô phỏng cơ chế bơi của cá thật. Công nghệ cảm biến và hệ thống điều khiển được tích hợp để tối ưu hóa hiệu suất của robot.

2.1. Phương trình Lagrange và lực đẩy

Phương trình Lagrange được sử dụng để mô hình hóa chuyển động của robot cá. Lực đẩy được tính toán dựa trên chuyển động của đuôi, mô phỏng cơ chế bơi của cá thật. Các thông số như khối lượng, momen quán tính và lực thủy động được đưa vào mô hình để đảm bảo tính chính xác.

2.2. Tối ưu hóa chuyển động

Hệ thống điều khiển sử dụng kết quả từ mô hình hóa để tối ưu hóa chuyển động của robot cá. Các thuật toán điều khiển như PID và Fuzzy được áp dụng để điều chỉnh chuyển động, giúp robot hoạt động ổn định và hiệu quả trong môi trường nước.

III. Thực nghiệm và kết quả

Nghiên cứu tiến hành thực nghiệm trên mô hình robot cá 3 khớp sử dụng động cơ RC servo và bộ điều khiển dsPIC 30F6014A. Xử lý ảnh được áp dụng để điều khiển chuyển động của robot trong môi trường nước. Kết quả thực nghiệm cho thấy robot có thể di chuyển chính xác theo hướng mong muốn, với độ lệch nhỏ. Công nghệ cảm biến và hệ thống điều khiển đã chứng minh hiệu quả trong việc cải thiện độ chính xác và linh hoạt của robot.

3.1. Thiết lập thực nghiệm

Thực nghiệm được tiến hành trên mô hình robot cá 3 khớp với các điểm màu được đánh dấu. Camera được sử dụng để chụp ảnh và phân tích chuyển động của robot. Hệ thống điều khiển sử dụng kết quả từ xử lý ảnh để điều chỉnh chuyển động của robot.

3.2. Phân tích kết quả

Kết quả thực nghiệm cho thấy robot cá có thể di chuyển chính xác theo hướng mong muốn, với độ lệch nhỏ. Thuật toán xử lý ảnh và hệ thống điều khiển đã chứng minh hiệu quả trong việc cải thiện độ chính xác và linh hoạt của robot. Nghiên cứu cũng đề xuất các hướng phát triển trong tương lai để tối ưu hóa hiệu suất của robot.