Chương 1: Dẫn nhập Chương 2 : Cơ sở lý luận Chương này trình bày về kế hoạch và ý tưởng thực hiện. Chương 3: Tổng quan về robot Trong chương này, ta tìm hiểu sơ bộ về robot và hoạt động của robot bám line tự động. Chương 4: Tổng quan về Pixy Camera Chương 5: Các linh kiện sử dụng Chương 6: Thiết kế và thi công mô hình Chương này trình bày các thiết kế chi tiết, nguyên lý hoạt động của mạch điện, cũng như kết quả thu được. Chương 7: Lưu đồ và giải thuật Chương 8: Kết luận Chương này nêu những ưu và khuyết của đề tài, khẳng định những đóng góp của đề tài vào thực tiễn.
Đồng thời cũng đưa ra các đề nghị hướng phát triển cho đề tài. Robot bám line dùng xử lý ảnh 3 do an CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.1 Đối tượng nghiên cứu Đề tài hướng tới một phương thức điều khiển tự động có sự kết hợp của nhiều lĩnh vực liên quan như: PIXY camera, vi mạch điện tử, xử lý ảnh…Do đó, để tạo ta được một sản phẩm hoàn thiện theo mục đích đặt ra của đề tài thì người thực hiện cần phải tập trung nghiên cứu chủ yếu đến đối tượng: Vi mạch điện tử: là một đối tượng giữ vai trò trung tâm trong việc liên kết và xử lý tín hiệu từ các đối tượng khác. Trong đề tài có một board mạch chính là Arduino, broad này được thiết kế và thi công từ các linh kiện điện tử đã có sẵn ngoài thị trường như: điện trở, tụ điện, các IC số…với sự điều khiển trung tâm là vi điều khiển. Board này khi nhận tín hiệu từ cảm biến sẽ điều khiển nhiệm vụ được lập trình từ trước.
Pixy camera đóng vai trò tiếp nhận và xử lý hình ảnh. Nó chứa đựng các thông tin mà người dùng muốn Pixy truyền tải về và để người dùng ra lệnh cho các thiết bị ngoại vi làm việc.2 Nội dung, phương tiện và phương án thực hiện 2.1 Nội dung Từ những lập luận trên, nhóm thực hiện tiến hành thi công đồ án với những nội dung như sau: Phần viết báo cáo gồm các nội dung chính: Mô hình, sơ đồ khối và phương án thiết kế. Lý thuyết thiết kế. Thiết kế phần cứng.
Thiết kế phần mềm. Tóm tắt – Kết luận – Đề nghị và hướng phát triển đề tài. Robot bám line dùng xử lý ảnh 4 do an Phần thi công mô hình và xử lý ảnh gồm: Chế tạo robot bám đường tự động. Khả năng nhận diện hình ảnh của camera 2.2 Phương tiện và phương án thực hiện Nhóm thực hiện đồ án và tiến hành công việc theo các giai đoạn như sau: Giai đoạn 1: Thiết kế, lắp ráp mô hình xe Giai đoạn 2: Nghiên cứu tìm hiểu về Pixy Camera Giai đoạn 3: Lắp ráp hoàn thiện xe mô hình, cho chạy trên đường line Giai đoạn 4: Chỉnh sửa, khắc phục lỗi hoàn thiện mô hình và báo cáo với thầy hướng dẫn về những kết quả của đề tài.
Robot bám line dùng xử lý ảnh 5 do an CHƯƠNG III TỔNG QUAN VỀ ROBOT 3.1 Tổng quan về Robot Robot đã và đang xuất hiện trong cuộc sống của chúng ta từ lâu và ngày càng trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại. Chúng đã góp phần mình vào cuộc sống lao động, chính robot đang làm nên một cuộc cách mạng về lao động, khoa học và đang phục vụ đắc lực cho các ngành khoa học khác: Khoa học quân sự,khoa học giáo dục, các ngành dịch vụ giải trí… Năm 1921 nhà soạn kịch Karel Capek người Tiệp Khắc đã đưa lên sân khấu vở kịch có tiêu đề “Romands Univesal Robot”. Có thể đây là một gợi ý, một ý tưởng ban đầu về những cỗ máy có khả năng thao tác như con người. Đến trước chiến tranh thế giới lần thứ hai nhu cầu sử dụng những máy móc có khả năng thay thế con ngƣời ở những môi trường làm việc độc hại đã trở thành một nhu cầu cấp thiết.
Ban đầu cơ cấu máy này hoạt động giống như tay máy của người vận hành. Cấu tạo của cơ cấu này bao gồm các thanh và các khớp và hệ thống giây chằng. Người vận hành điều khiển tay máy thông qua một cơ cấu khuyếch đại cơ khí.Trong chiến tranh thế giới lần thứ hai (năm 1945), xuất hiện cơ cấu máy được điều khiển từ xa để cầm nắm chất phóng xạ. Cho đến những năm 1950 cùng với sự ra đời của kĩ thuật điều khiển chương trình số NC(Number Control) Kỹ thuật tay máy lúc này đã kết hợp với kĩ thuật điều khiển xa và điều khiển chương trình số.
Sự kết hợp này đã tạo ra những thế hệ máy điều khiển từ xa có khả năng mềm dẻo, khả năng tự động hóa cao nên gọi là Robot. Năm 1960 George Devol đưa ra mẫu Robot đầu tiên. Năm 1961 cũng tại Mỹ Robot công nghiệp (IR: Industrial Robot) đầu tiên đưa ra thị trường. Robot Unimat 1990 (Do trường đại học MIT chế tạo) đây là Robot phản hồi lực nó được ứng dụng trong công nghiệp sản xuất ô tô.
Trên thế giới hiện nay có rất nhiều loại Robot: - Quy mô lớn như: Cánh tay máy trong các dây chuyền sản xuất, những hệ thống sản xuất tự động,… - Quy mô nhỏ hơn: là những Robot có khả năng di chuyển, làm những công việc nguy hiểm thay thế con người, Robot giúp người già, Robot bán hàng,… Robot bám line dùng xử lý ảnh 6 do an 3.2 Giới thiệu Robot bám line tự động 3.1 Giới thiệu Robot bám đường Loại robot mà có thể di động theo một quỹ đạo định sẵn được gọi là Robot bám đường. Robot bám đường có thể di chuyển theo một đường, đường đi có thể được nhìn nhận như một dòng màu vàng trên một bề mặt trắng (bám line) hoặc có thể là đường vô hình như một từ trường… 3.2 Nguyên tắc chung của robot bám line tự động Robot chuyển động theo một quỹ đạo được định trước nhờ vạch dẫn, hệ thống hai bánh xe được dẫn động bởi 2 động cơ điện một chiều (step motor) thông qua mạch điều khiển và mạch công suất. Thường thì các vạch dẫn có màu khác với màu nền của quỹ đạo chuyển động. Để Robot chuyển động đúng quỹ đạo cần có bộ phận cảm biến, bộ phận này có nhiệm vụ phân biệt vạch dẫn và màu nền, đưa tín hiệu điện tương ứng về mạch điều khiển.
Mạch điều khiển có nhiệm vụ thu nhận thông tin phản hồi từ bộ phận cảm biến từ đó điều khiển tốc độ và chiều quay của hai động cơ điện một chiều sao cho xe luôn bám và chuyển động theo vạch dẫn. Nhìn chung, về mạch cấu tạo thì Robot tự động bám đường được thể hiện theo sơ đồ sau. Hình 1: Sơ đồ robot bám line tự động 3.3 Ứng dụng của Robot bám line tự động Được ứng dụng vào công nghệ dò đường di chuyển tự động trong vận chuyển hàng hóa. Tuy còn sơ khai về nguyên tắc điều khiển nhưng robot bám line đã tạo một bước ngoặc quan trong trong công nghệ thiết kế và chế tạo robot, mở ra một kỷ nguyên mới về ngành công nghệ kỹ thuật tự động hóa và đưa tự động hóa vào sản xuất.
Robot bám line dùng xử lý ảnh 7 do an Hình 2: Robot phục vụ di chuyển trên đường line Bên cạnh đó việc xử dụng camera xử lý ảnh trên robot bám line làm tăng thêm xự hữu ích của robot bám line, nó giúp cho theo dõi, định vị vị trí, đánh dấu và theo dõi vật. Hình 3: Pixy pet robot Robot bám line dùng xử lý ảnh 8 do an CHƯƠNG IV TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH 4.1 Giới thiệu xử lý ảnh 4.1 Cảm biến hình ảnh Nếu chúng ta muốn robot của chúng ta để thực hiện một công việc như chọn lên một đối tượng, theo đuổi một bóng, vị trí một trạm thu phí, vv, và chúng ta muốn có một cảm biến duy nhất để giúp thực hiện tất cả các nhiệm vụ, sau đó “hình ảnh” là cảm biến của chúng ta. Vision (hình ảnh) cảm biến này rất hữu ích bởi vì họ rất linh hoạt. Với thuật toán đúng, một bộ cảm biến hình ảnh có thể cảm nhận được hoặc phát hiện bất cứ điều gì thực tế.
Nhưng có hai nhược điểm với bộ cảm biến hình ảnh: Có rất nhiều đầu ra của dữ liệu, hàng chục MB mỗi giây, và xử lý số lượng dữ liệu có thể áp đảo nhiều bộ vi xử lý. Và nếu bộ xử lý có thể theo kịp với các dữ liệu, nhiều sức mạnh xử lý của nó sẽ không có sẵn cho các nhiệm vụ khác. PixyCam giải quyết những vấn đề này bằng cách ghép nối một bộ xử lý chuyên dụng mạnh mẽ với bộ cảm biến hình ảnh. Pixy xử lý hình ảnh từ các bộ cảm biến hình ảnh và chỉ gửi các thông tin hữu ích (ví dụ như PixyMon phát hiện bóng tại x = 54, y = 103) cho vi điều khiển của chúng ta.
Và nó làm việc này ở tỷ lệ khung hình (50 Hz). Các thông tin có sẵn thông qua một trong những giao diện: UART nối tiếp, SPI, I2C, USB, hoặc đầu ra digital / analog Vì vậy, Arduino của chúng ta hoặc vi điều khiển khác có thể giao tiếp dễ dàng với Pixy và vẫn còn có rất nhiều CPU có sẵn cho các nhiệm vụ khác. Có thể gắn nhiều Pixy lên vi điều khiển của chúng ta - ví dụ, một robot với 4 Pixy và 360 độ của cảm biến. Hoặc sử dụng Pixy mà không có một vi điều khiển và sử dụng các kết quả đầu ra digital hoặc analog để kích hoạt sự kiện, công tắc, servo, vv 4.2 Giới thiệu về Pixy Nhỏ gọn, nhanh, dễ sử dụng, chi phí thấp, hệ thống camera dễ dàng – có sẵn.
Có thể học để phát hiện đối tượng mà chúng ta dạy nó. Đầu ra những gì nó phát hiện 50 lần mỗi giây. Kết nối với Arduino thông qua cáp nối kèm theo. Cũng làm việc với Raspberry Pi, BeagleBone và bộ điều khiển tương tự.
Tất cả các thư viện cho Arduino, Raspberry Pi,. được cung cấp sẵn. C / C ++ và Python được hỗ trợ. Giao tiếp thông qua một trong những giao diện SPI, I2C, UART, USB hoặc analog I/O digital.
Tiện ích cấu hình chạy trên Windows, MacOS và Linux. Tất cả các phần mềm / firmare là mã nguồn mở GNU cấp phép. Tất cả các tài liệu phần cứng bao gồm sơ đồ, công thức, PCB bố trí, vv được cung cấp. Robot bám line dùng xử lý ảnh 9 do an Hình 4: Pixy CMUcam5 (mặt trước) 4.2 Tính năng của Pixy 4.