DAI hQc QUOc GIA hÀ HỘI TTG|ỜIG ĐẠI hỌc cÔIIG IIGhỆ Tran Thuan h0ang HGHIÊN cỨU Phd|ƠIIG PhÁP TONG hOP cAM BIETI DùNG ch0 KỸ ThUẬT DÃI ĐG]ỜIIG cÁc T0B0T DI ĐỌNG chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện tử Mã số chuyên ngành: 62527001 LUẬN ÁI TIÊN SĨ IIGÀITh cÔIIG IIGhỆ ĐIỆIHI TỬ VIÊII ThÔIIG IIGG|ỜI hd|ỚIIG DÃII Kh0A hỌc: 1. TFÀII QUAIIG VIITh 2. bẠch GIA DŒ|ƠIIG hà Hội - 2015 LỜI cAM Đ0AI Tác giả xin cam đ0an đây là công trình nghiên cứu của sản thân lác giả. các kết quả nghiên cứu và các kết luận †r0ng luận án này là trung thực, và không sa0 chép lừ sấi kỳ một nguồn nàO0 và dojới sất kỳ hình thức nà0.
Việc tham khả0 các nguồn fai liệu (nếu có) đã đojợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn lài liệu tham khả0 đúng quy định. Tác giả luận án ii MUc LUc Trang phụ bÌ4. ác Sàn 1n TT HT TH HH TT HH TT TH Tre 1 Lời cam đ0an. ` Danh mục các ký hiệu va chit Viet lã†.
--- -c- s + k tk ng nh gnnghrư vì Danh mục các bảng. th we Vil Datth muc cac hitth vé, d6 tab. eee ccccceseesecseceeeeseeseceeeesecseceeceseeseeeseeeeeeeeaeens vii MO DAU 1 chG]ONG 1. PhoO|ONG PhAP TONG hOP cAM BIETI 1.
hệ thống tổng hợp đữ liệu cam Bi6M oo. Tổng hợp đữ liệu đa cảm biẾn. Quản lý đa cảm biẾN. s55: 255c22S+2EEE22EEE2EEE2211222112711 21.
Phân l0ại lổng hợp đa cảm biẾH. Phân l0ại †he0 mức. Phân l0ại dựa lrên đữ liệu vầ0 ra. Phân l0ại dựa lrên cấu hình cảm biến.
các vẫn đề cần giải quyết lr0ng sài 10án tổng hợp dữ liệu đa cảm siến. Kiến trúc hệ thống tổng hợp đữ liệu. Kiến trúc tổng hợp trung lâm 1. Kiến trúc lông hợp phân lán.
Kiến trúc lổng hợp Cục BỘ.-----2-©+¿©2++2EE+2EEt2EEE221221 22122. các phojơng pháp lông hợp cảm siến ch0 r0b0† di động. Định vị và lập bản đồ .------2¿©s+2k2Ek+2EE2E12212271221211221 222cc, 28 1. Tông hợp cảm biên với phoJơng pháp suy luận xác suâi đê nâng ca0 độ cậy chỦ tài l0án định vị TÔbÚÏ.
Tổng hợp cảm siến sằng sộ lọc Kalman đề nâng ca0 độ lin cậy ch0 sài In 0ììsn 0v 0 1.--- ¿56 Ss St EkEE121121111112111111111111111 1111111 111111 1x11 cty 40 chŒ[ƠIIG 2. XÂY DỰNG MO hillh F0b0T DI DONG DA cAM BIETI. Thiét ké chế ta0 phan ctmg mé himh r0s0t đi động đa cảm siến. các mô đun cảm nhận, khối điều khiển và cơ cầu chấp hành của r0101.
cầu lrúc cơ khí của r0. các mô đun điều khiên chuyên động. các mô đun cảm siến lrên T001. Khối điều khiển điện tử †r0ng r001.
các khối gia0 tiếp truyền in giữa vi điều khiển McUdsPIc với máy HÍNH. chojong lrình điều khiển hệ †hống. Đ0 đạc đánh giá mô hình hệ thống đơiợc chế †a0. Kiểm tra độ chính xác của chuyển động r0s01.
Kiểm tra độ lin cậy của ảnh laser.---- 22 5¿22+2Ext2Exc2EEcSExrerkerrkeee 60 2. TONG hOP cAM BIE DùIIG ch0 ĐỊTh VỊ VÀ LẬP bẢI DO DÃI ĐGJỜING T0B0T DI ĐỌNG 64 3. Tổng hợp cảm siến bằng sộ lọc Kalman mở rộng đề nâng ca0 độ lin cậy của phép định vị TbÔÌ.---- - 6c S111 H11 TH TT TH HT TH TT TH TT TH HT nh 65 3. Tổng hợp dữ liệu 0d0melry với cảm siến chi hojong từ-địa sàn.
Xác định các ma trận lr0ng các sojớc lổng hợp dùng EKF. Thực nghiệm và †hả0 luận. Tổng hợp dữ liệu với thêm cảm siến đ0 xa laser. Tih véc-to zx, ma tran hy và ma tran hiép phojong sai Pk.
IIhận dạng các lham số var(r¡) và var(W¡) của ma lrận Ï},. Thực nghiệm và †hả0 luận. Tông hợp dữ liệu với cảm siễn camera ảnh l0àn pholơng. Tih véc-to zx, ma tran hy va ma tran hiép phojong sai Pk.
Áp dụng kỹ thuật thị giác máy lính phát hiện cột mốc và đ0 góc y 87 3. Khả0 sát sai số định góc của cảm siến ảnh l0àn phoJơng. Kết quả thực nghiệm và †hả0 luận. Xây dựng ban dé dan dojong sằng tổng hợp dữ liệu cảm biến đ0 xa laser.
Thu thập dữ liệu 3D các điểm ảnh của vật cản. Giải thuật IPabD xây dựng sản đồ dẫn đojờng 2D. Thực nghiệm xây dựng sản đồ và áp dụng ch0 vạch đojờng đi và điều iv 1601 0n. Kết quả xây dựng sản đồ sằng giải thuật IPabD.
Thực nghiệm vạch đơiờng đi và điều khiển r0s0‡ nhờ sản đồ dẫn đơøjờng Ø7 3.--¿- se sex E115115711211211111211 111111111 T11 H1 Hán 99 chd|ƠNG 4. ĐIỀU KhIÊH chUVÉII ĐỘIG. Sự ôn định Lyapun0v và nguyên lý sất siến LaSalle 4. Khái niệm ôn định Lyapun0v đôi với hệ lự ÌTỊ.
IIguyên lý pat biến LaSalle. Xây dựng sộ điều khiển chuyên động ôn định. Mô hình động học. Thiết kế sộ điều khiỂn.
Điều khiển ôn định tr0ng lập cấu hình 10àn cục ©4. Điều khiển ôn định hệ thống lr0ng lập cấu hình cục sộ ©¿. Sử dụng sộ lọc Kalman ch0 vòng điều khiển phản hồi. Mô phỏng và thực nghiệm.
--- (6 + kh TH ri, 112 4. -- 5c 6s St E12 1EE11211111111211111 1111111 111 T1 11111 T1 g1 1x 1gp 116 KẾT LUẬN VÀ ThẢ0 LUẬN hŒ]ỚIIG PhÁT TTIÊN1. các nội dung đojợc thực hiện †r0ng Luận ái. IIhững đóng góp chính của Luận ám.
holớng phát triển †oJơng lai.----:- 2: 5¿++2++2E++tEEE+vEEEvetrxrerxrrerrerrrkx 118 DAHh MỤc cÔIIG THìIh KhủA hQc cUA TAc GIA LIEN QUATI DET LUẬN ÁN 120 TÀI LIỆU ThAM KhẢ0 122 DAIIh MUc cAc KY hIEU VA chU’ VIET TAT I. các ký hiệu Oo L] 2 L] L1 At 00, < N E ~~ = FRA FO YD II. các chữ viết tắt AI góc chệch hojớng của xung laser s0 với lrục X góc ngâng của xung laser với mặt phẳng (x,y) kh0ảng cách đ0 đojợc của cảm biến laser góc hojớng của r0s0† và cột mốc lr0ng phép đ0 ảnh 10an phojong goc hojong cua r0b0t, léch sO voi truc X chu kỳ lấy mẫu số liệu đ0 vận lốc góc của hai sánh xe phải và trai véc-lơ rạng thái của r0b0† véc-lơ nhiễu hệ thống véc-to dO lojong (vec-to số đ0) véc-lơ nhiễu đ0 véc-to điều khiển lối và0 ma trận hiệp phoJơng sai của sai số dự sá0 trang thai ma tran hiép phojong sai cia nhiễu hệ thống ma tran hiép phoong sai của nhiễu đ0 hệ số (độ lợi) loc Kalman ma lrận đạ0 hàm riêng của hàm hệ thống ƒ theO x ma tran đạ0 hàm riêng của hàm hệ thống ƒ lhe0 w ma tram daO hàm riêng của ham dO A †he0 x ma tram da0 ham riéng cua hàm đ0 A the0 v ma tran đơn vị trí tué nhân ta0 (Artificial Intelligence) VỊ AGV xe vận lải tự động (Aul0n0m0Ous Guided Vehicles) LIF cam pién dO xa laser (Laser Tange Finder) Vii EKF bộ lọc Kalman mở rộng (Exlended Kalman Filter )GPS hé dimh vj 10am cau (Gl0pal POsitiOning System) PID bộ điều khiên li lệ vi lích phân (Pr0p0rii0nal- Integral- Derivative) GVI0 cOnm quay (Gyr0scOpe) IIS hé dan dojong quan timh (Inertial MavigatiOn System) IIIS/GPShệ lích hợp HIS va GPS KF bộ lọc Kalman (Kalman Filter) PFM phojong phap trojong thé (POtential Field MethOds) VFFtrojong luc a0 (Virtual FOrce Field) VFh toa d6 cuc (Virtual Field histOgram) PWM điều chế độ rộng xung (Pulsed Wid!h MOdulatiOm) UATT mô-đun lruyền thông nối liếp (Universal Asynchr0n0us Teceiver/TransmiHer) cA mang khu vuc diéu khién (cOntr01 Area IetwOrk) ADc chuyén ddi fin hiéu tojong tự - số (Arnal0g-10- Digital cOnverter) FPGA mạng công có thé lập trimh doe (Field-Pr0grammasle Gate Array) IpabD ép ảnh va phat hiện vat can (Image Pressure and barriers DetechOn) DAITh MUc cAc bAIIG bảng 2.1: các thông số ứng với 2 thời gian quét dọc Tv ngắn và dài Vili bảng 3.1: Giá lrị của 7 của LTE bảng 3.2: các mẫu phép đ0 của cảm biến camera l0àn pho|ơng .3: Sai số căn quân pho|ơng FMSE của các câu hình tổng hợp cảm siến s0 với đojờng thực 1X DAIIh MUc cAc hillh VẼ, ĐỎ ThỊ hình 1.1: Sơ đồ khối của: a) lông hợp đa cảm siến; s) lích hợp đa cảm siến .2: Quá lrình xử lý thông minh của cŨH IIBƠ|ỜI.3: hệ thống quản lý đa cảm biẾn.4: các đặc điểm tổng hợp khác nhau dựa trên đầu và0 /ra.5: Tổng hợp cấu hình: cạnh tranh, số sung và cộng lác.6: Kiến trúc trung lâm với một †rung lâm xử lý .7: Kiến trúc tổng hợp phân lán.8: Kiến trúc lổng hợp cục bỘ.9: Sự trôi phép định vị đơjợc phái sinh bởi r0601 II0mad 200.10: Tổng hợp đa cảm biến sử dụng kỹ thuật bayesian.11: Sơ đồ thuật 1041 56 lọc Kalman TỜI TạC.- -- 5 + s£+sx++s£+ex+sxs+ 36 hình 1.12: Sơ đồ thuật 1041 56 lọc Kalman mở rỘNE.1: Mạng thông lin cảm nhận tr0ng r0s0† đa cảm siến.2: cấu lạ0 của r0k0† đa cảm biẾn.3: Mô-đun MOH0n Mind .- ----- G5 <5 33133223 E*2*E+£EE+eeE+eeeeeeeeeeeeeese 44 hình 2.4: cảm siến lập mã quang.---2--2¿©+©++£2+++£E++2EE+verxxrrrxerrrvreee 44 hình 2.5: a) Mô-đun cảm biến lừ-địa sàn cMPS03; 5) Mguyén ly hOat dong.6: a) Mô-đun cảm biến siêu âm; s) IIguyên lý h0ạ† động.7: cảm biến ảnh camera l0àn pho|ơng.---:--2¿5+22+++2cx+2csceee 47 hình 2.8: a) Dải góc quét 1800 của LTF; s) Mặt phẳng lia laser với các góc quét B.9: Lơiu đồ choJơng trình thu va xử lý số liệu.10: a) Quét ngắng lên và xuống còng không gian hình cầu các điểm đ0; b) cơ cầu truyền động quay và mô-Ìơ §eTV.11: Xác định lọa độ của một điểm ảnh 3D .---2c©75cc©csccee 51 hình 2.12: chỉ liết sản vẽ hệ thống cơ khí †ạ0 quét ngâng lên-xuống.13: Tốc độ mô-lơ khi hông và có điều lẹhiên PID.14: Góc quét dọc œ của LITE XI hình 2.15: Mạch in và ảnh chụp mạch lắp ráp vi điều khiển McUdsPIc.16: Sơ đồ nguyên lý của mạch điện lử điều khiển dòng McUdsPIc30F401 1 LH E2 HT TH HH nen ng uey 55 hình 2.17: Sơ đồ nguyên lí của mạch chuyên đổi USb ©> TS485.18: Sơ đồ mạch in của mạch chuyên đôi USb <> TS485.19: Ảnh chụp mạch lắp ráp mạch chuyên đổi USb <> TS485.20: Loiu đồ quy trình dẫn đơiờng ch0 r00† di động .21: a) T0:0† chạy thẳng 7m; 5) T0b0† chạy và quay với các vận lốc khác n0 .22: a) Ảnh camera; 5) Ảnh laser 2D; c) Ảnh laser 3D.23: a) các cặp giá trị đ0 (đojòng đứi nét) lọa độ y và z của vậi và giá †rỊ thực (dojong liền né!) phụ thuộc và0 góc ngắng; 5) Sai lệch tuyệt đối của giá trị z.24: Ảnh 3D một vật hình tròn đặt trơtớc LTTF.25: a) Ảnh camera; 5) Ảnh Laser 3ÌD. -- 5-52 k+Ex£EE+Exerxerrerrs 62 hình 2.26: Ảnh 3D một ngojời đi ngang qua LTTF.----:---¿s+5cs+2csce+- 62 hình 2.27: Ảnh 3D một ngojời đứng tai chỗ tr0ng khi r001 di chuyển về phía đó VỚI vận lốc (),3 Im/S.1: các khâu điều khiển †r0ng quá trình dẫn đojờng .2: a) Toơi thế và các thông số của r0b0† trOng hai hệ lọa độ; b) Mô hình chuyển động .---2-©2+©+++2EE+2EEE+2EEEEEEEEEEErEEkkrrrkrrrrkrrrrrree 65 hình 3.3: Quỹ đạO ơiớc lojợng của r0:0† với các cầu hình không có (màu đen) và có EKEF (màu xanh lá cây) s0 với quĩ đạ0 thực (màu xanh doJơng) .4: Máy đ0 LTF đặt trên r0s0! đ0 2 thông số của một dojong thẳng lr0ng môi hình 3.5: các tham số (p, ) của các phân đ0ạn đojờng thẳng với vị trí r0s0† tr0ng xii hệ lọa độ của r0801.