TRƯỜNG DẠI HỌC BÁCH KIIOA IIÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Xác định vị trí cho Robot trong nhà dựa trên thuật toán Scan Matching PHẠM MỸ HẢO Hao.eđuvn Ngành Kỹ thuật máy tính Giảng viên hưởng dẫn: — TS. Ngô lam Tamg Chủ kỷ của GVHD. Viện: Công nghệ Thông lin và Truyền thông HÀ NỘI, 06/2020 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM. Độc lập — Tự do— Hanh phic BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Ho va tén tác giả luận văn : Phạm Mỹ Hảo Dé tai luận văn: Xác định vị trí cho Robel trong nhà đựa trên thuật toán Scan Matching Chuyên ngành: Kỹ thuật máy tính.
M& sé IV: CA170382 Táo giả, Người hướng dan khoa học và Hội đồng cham Juan van xáo nhận táo giá đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên ban hop 116i đồng ngáy 30/06/2030 với ác nội dụng sau: œ_ Chỉnh sửa các lỗi chính tả trong luận văn «Hỗ sung Danh mục từ viết tắt œ_ Chỉnh sửa tên tiêu để các chương, Ngày tháng năm Giáo viên hướng đẫu Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐÓNG ĐỂ TÀI LUẬN VĂN âu dịnh vị trí cho Robot trong nhà đựa trên thuật toàn Sean Mateting Giáo viên hưởng din Ký và ghỉ rõ họ tên. MỤC LỤC CHƯƠNG L. TONG QUAN DE TAL. 11 Lido chon dé tai.2 Mute dich nghién ctu.3 Đổi tượng vẻ phạm vi nghiên cửu.4 Phương pháp nghiên cửu.Ý THUYẾT XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ.
21 Công ngÌ áo định vị trí - 3 311 Vision - - 3 2142 Infrared.6 Laser Range Finder. Các công nghệ khác 218 So sảnh các công nghệ. 22 Phương pháp xác định vị trí 2.21 Phương pháp đẫn đường dụ đoán đead-reckoning 1 2.2 Hé thing đẫn đường cột mốc chủ động Il 2. Hệ thống đân đường cột mốc thụ động - - 12 32.4 Tịnh vị sử đụng bản đô cục bộ - - 12 23 ‘Thuat toan Scan Matching .31 Thuật toán Iterative Dualal Correspondence IIDC.
L4 132 ‘Thuat toan Iterative Closest Points ICP.3 Thuậttoán PL-ICP. TRIEN KHAI TH UCTE THUAT TOAN SCAN MATCHING 19 31 Hệ điểuhànhROS.1 Giớithiệu tổng quan.2 Cu tric ROS wee cccsseecsesscesseitesinsseeeessntinseecssescnssieee 20 3.2 Cảm biến Laser ranger ñmđer,. Công nghệ và đặc tỉnh. DANH MỤC HÌNH VỆ, Tình 3.1 Định vị sử dụng cột mốc 12 linh 2.2 ăn đồ Phòng nghiên cứu Intel với dữ liệu cảm biến thô (bên trái) và sau khi Soan Matohing đít liệu đó (bên phãi) |8] 12 Hinh 2.3 Minh họa khoảng cách từ robot đến các điểm môo trên hệ tọa độ.4 Minh họa phép biến đổi giữa 2 lần di chuyển của robot so với các điêm mốc trên hệ tọa độ - - 13 Hình 2.5 Minh hợa lần lượt các bước lặp dự doan dễ so khớp giữa 2 vị trí.6 Dữ liệu điểm-điểm xấp xỉ khoảng cách đến bẻ mặt tối hơn so với số liêu diễm-diễm dược sử dụng trong ICP vanilla.8 Mimh họa phương pháp tinh point-to-point.9 Miih họa phương pháp tính point-to-line.10 5o sánh các cải tiễn - 18 Linh 2.11 Gia ma cho viée cai tiển.
So sinh khdi lượng công việc phải làm khi dùng và không dùng ROS [19] - - 20 Hình 2.3 Mối quan hệ giữa Staok và các Package. Ví dụ về quan hệ giữa Slack, Packape và các file mô tả theo dạng thư P0 1a1ẠẦ.4 Mô tả cơ chế quan ly parameter trén Master.5 Mô tả hoạt động của serViC€.6 Mô hit giao tiếp co ban trong ROS 25 Hinh 2.7 ROS repository va repository trong toan tai nguyén ROS.8 Các hệ tọa độ gắn với các phầntử chuyển động trên robor.9 Các hệ lọa độ của robot và chuyển dộng trong không gian 27 Hình 22.10 Quy ước khung tọa độ của ROS tuân theo quy táo bàn tay phải. 27 11 Mô hình robot Kobuki kèm cảm biển laser được mô tả bing URDF 28 “Tôm tắt nội dung luận văn Trong khi các bệ thông robot cố định người ta thường thiết kế một không gian làm việc ít biến đổi và robot thực hiện các công việc lặp đi lặp lại trong môi trường xác định trước, thì đôi với robot đi động việc nhận biết được môi trường, là một yếu tô quyết định tới các hành động khác, Xác dịnh vị trí robot là việc tim za được trạng thái (bao gồm vị trí và định hướng) của robot trong môi trường của nó. Trong đó, có thể là xác định vị trí trong mt ban để cho trước hoặc tầm vị trí tương đổi sau khi đi chuyên so với vị trí bắt dâu (trường hợp không biết trước bán để).
Dã có nhiều cổng nghệ được đề xuất để sử dụng cho các hệ thống xác định vị trí trong nhà ví du nhur Vision, Infrared, Wireless Local Area Network (WLAN), RFID, Bluclooth va Lascr range finder. Qua so sanh các tiêu chí như: độ chính xác, phạm vị hoạt dộng, chủ phí, dộ phức tạp và môi trường, công nghệ Laser range finder có độ phúc tạp tháp, chỉ phí rẻ, độ chính xác châp nhận được, phù hop dé ap dung va trổ nên phổ biển đối với cáo th bị robot trong nhà Bén cạnh việc phát triển các công nghệ thi cũng đã có nhiêu nghiên cứu trên thé giới với cáo thuật giải và phương pháp khác nhau để xóc dinh vi tri của robot trong đỏ 04 nhóm giải pháp chính để định vị là phương pháp đẫn đường dự đoàn (dead-reckoning), hé théng din đường cột mốc chủ động, hệ thẳng dẫn đường cột mắc 1hụ động, định vị sử đụng bản dé cục bộ. Thuật toán quét và so khớp (Scan Matchina) thuộc nhóm giải pháp sử đụng bản dỗ cục bộ, có ưu diễm có thể áp đụng linh động không cẩn thiết lập trước các cốt mốc, không bị ảnh hưởng bởi các sai số lừ môi trường như giỏ, vật cân, bề mặt di chuyên khỏng bằng phẳng bay sai lệch giữa thiết kẻ và thực tế của động cơ, sai lệch giữa các động cơ trong củng mội robol. „ Thuật toán ScanMatching có nhiều hướng tiếp cận trong đó nổi bật 2 hướng chính để tìm ra sự số khớp tương ứng, đó là thuật loán Tặp tương ứng kép (Iterative Dual Correspondence - IDC) và Điểm lặp gân ohit (Iterative Closest Point 1CP).
Nếu như thuật toán LCP đưa ra các dự đoán về phép biển đổi để so khép dữ liêu đựa trên tính toán giữa điểm tới điểm, thì thuật toán biên thẻ PL TCE. (TCP with point-to-line metric) dựa trên tỉnh toán từ Điểm tới dường thẳng, Qua MỤC LỤC CHƯƠNG L. TONG QUAN DE TAL. 11 Lido chon dé tai.2 Mute dich nghién ctu.3 Đổi tượng vẻ phạm vi nghiên cửu.4 Phương pháp nghiên cửu.Ý THUYẾT XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ.
21 Công ngÌ áo định vị trí - 3 311 Vision - - 3 2142 Infrared.6 Laser Range Finder. Các công nghệ khác 218 So sảnh các công nghệ. 22 Phương pháp xác định vị trí 2.21 Phương pháp đẫn đường dụ đoán đead-reckoning 1 2.2 Hé thing đẫn đường cột mốc chủ động Il 2. Hệ thống đân đường cột mốc thụ động - - 12 32.4 Tịnh vị sử đụng bản đô cục bộ - - 12 23 ‘Thuat toan Scan Matching .31 Thuật toán Iterative Dualal Correspondence IIDC.
L4 132 ‘Thuat toan Iterative Closest Points ICP.3 Thuậttoán PL-ICP. TRIEN KHAI TH UCTE THUAT TOAN SCAN MATCHING 19 31 Hệ điểuhànhROS.1 Giớithiệu tổng quan.2 Cu tric ROS wee cccsseecsesscesseitesinsseeeessntinseecssescnssieee 20 3.2 Cảm biến Laser ranger ñmđer,. Công nghệ và đặc tỉnh. thử nghiệm thực tễ, thuật toán PL 1CP thực hiện it vòng lặp, thời gian xử lý trung, bình thấp cũng như độ chính xác vượt trội so với các thuật toán còn lại.
Đổ thực hiện đẻ tài này, ngoài việc nghiên cửu về các công nghệ, phương pháp cũng như chỉ tiết thuật toán Scan Matching, để có thể triển khai thực tế tôi đã tim tiểu về hệ điểu hành Rebol ROS (Robot Operating Syslerm), câm biến lascr Hokuyo ULM-30LX và robot Kobuki. Đặc diễm nổi bật của ROB chính là xây đựng ứng dung robotic trén nén tảng EOS sẽ giảm đi một lượng đáng kế các công việc lập trinh, thiết lập hệ thống, tận đụng nguồn tài nguyên mã nguồn mở vô củng phong phủ của cộng đồng mà đa số đến từ những viện nghiên cửu và những trường đại học hàng đâu trên thể giới Trong dễ tài này, tôi dã thạc hiện triển khai thực tế thuật toán Scan Matching PL ICP trén hệ điển hành ROS sử dụng để robot Kobuki để đi chuyển, cảm biến laser Hokuyo UTM-30LX thu thap di ligu va board Nvidia Jelson TX1 Developer Kit duoc lắp tại tằng 1 của Kobuki đẻ thu thập, trao đổi dữ liệu với chương trình chính chạy trên laptop thông qua mạng LAN. Sau đó, tôi thực hiện các thí nghiệm kiểm chứng với phẩn cứng dã được mô tả, trong didu kiện môi trường tiết diện thẳng, tiết diện gỗ ghế, hành lang dải, môi trường trong nhà có phòng thông nhau thu được kết quả với sai số trung bình về vị trí là 42,6mm độ lệch chuẩn 12.7 mm và sai số về góc là 0,69 độ lệch chuận 0,4° trong thời gian thực. Với kết quả này, hoàn toàn có thê xây đựng một hệ thống robot trong nha để thục hiên các chức năng như mang để vật, hút bụi, giảm sát an ninh tỏa nhà, Tobot di chuyển và hoạt động trong các môi Irường con người không thể tiến cận như khu vực cách ly, kho lạnh, hảm lò, LIỌC VIÊN Ký vả ghỉ rõ họ tên.
“Tôm tắt nội dung luận văn Trong khi các bệ thông robot cố định người ta thường thiết kế một không gian làm việc ít biến đổi và robot thực hiện các công việc lặp đi lặp lại trong môi trường xác định trước, thì đôi với robot đi động việc nhận biết được môi trường, là một yếu tô quyết định tới các hành động khác, Xác dịnh vị trí robot là việc tim za được trạng thái (bao gồm vị trí và định hướng) của robot trong môi trường của nó. Trong đó, có thể là xác định vị trí trong mt ban để cho trước hoặc tầm vị trí tương đổi sau khi đi chuyên so với vị trí bắt dâu (trường hợp không biết trước bán để). Dã có nhiều cổng nghệ được đề xuất để sử dụng cho các hệ thống xác định vị trí trong nhà ví du nhur Vision, Infrared, Wireless Local Area Network (WLAN), RFID, Bluclooth va Lascr range finder. Qua so sanh các tiêu chí như: độ chính xác, phạm vị hoạt dộng, chủ phí, dộ phức tạp và môi trường, công nghệ Laser range finder có độ phúc tạp tháp, chỉ phí rẻ, độ chính xác châp nhận được, phù hop dé ap dung va trổ nên phổ biển đối với cáo th bị robot trong nhà Bén cạnh việc phát triển các công nghệ thi cũng đã có nhiêu nghiên cứu trên thé giới với cáo thuật giải và phương pháp khác nhau để xóc dinh vi tri của robot trong đỏ 04 nhóm giải pháp chính để định vị là phương pháp đẫn đường dự đoàn (dead-reckoning), hé théng din đường cột mốc chủ động, hệ thẳng dẫn đường cột mắc 1hụ động, định vị sử đụng bản dé cục bộ.