Nghiên Cứu, Thiết Kế và Chế Tạo Hệ Thống Điều Khiển Nhiều Drone Theo Nhóm

• Tác giả: Trần Hữu Chính
• Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Quang Duy
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
• Đề tài: Nghiên Cứu, Thiết Kế Và Chế Tạo Hệ Thống Điều Khiển Và Quản Lí Bay Nhiều Drone Theo Nhóm
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

• LỜI CAM KẾT
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
• 1.1. Giới thiệu chung
• 1.2. Lý do chọn đề tài
• 1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.3.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.4. Mục tiêu đề tài
• 1.5. Giới hạn đề tài
• 1.6. Bố cục đề tài
• 1.7. Lý thuyết điều khiển bay
• 1.7.1. Chuyển động cơ bản. Hệ trục toạ độ
• 1.7.2. Phân loại drone điều khiển từ xa
• 1.7.2.1. Drone điều khiển bằng tay cầm. Drone điều khiển bằng trình điều khiển bên ngoài
• 1.7.3. Phương thức điều khiển master/slave
• 1.7.4. Bộ điều khiển PID
• 1.7.4.1. Khâu tỉ lệ (Proportional)
• 1.7.4.2. Khâu tích phân (Integral)
• 1.7.4.3. Khâu vi phân (Derivative)
• 1.7.4.4. Điều chỉnh PID
• 1.7.5. Các vấn đề của việc drone bay thành nhóm
• 1.7.5.1. Xử lí thông tin giữa các drone. Giao tiếp giữa các drone
• 1.7.5.2. An toàn trong bay nhóm
• 1.8. HỆ THỐNG PHẦN CỨNG
• 1.8.1. Tính toán lựa chọn phần cứng
• 1.8.2. Phần cứng cần thiết. Vi mạch điều khiển
• 1.8.3. Kết nối phần cứng. Quá trình tinh chỉnh
• 1.9. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
• 1.9.1. Sơ đồ tổng quan của hệ thống điều khiển drone
• 1.9.2. Thuật toán điều khiển nhóm
• 1.9.3. Giao thức giao tiếp
• 1.9.3.1. Giao thức giao tiếp giữa Hệ thống điều khiển trung tâm và các drone
• 1.9.3.2. Giao thức giao tiếp giữa Raspberry PI và Flight Controller trên Drone
• 1.9.4. Thiết kế bộ PID cho hệ thống giữ khoảng cách
• 1.9.5. Lưu đồ giải thuật GCS kiểm tra kết nối với các drone
• 1.9.6. Lưu đồ giải thuật drone kiểm tra kết nối với các drone khác và GCS
• 1.9.7. Lưu đồ giải thuật xử lí lệnh từ GCS tới raspberry pi
• 1.9.8. Lưu đồ giải thuật xử lí và gửi lệnh từ raspberry pi tới pixhawk
• 1.9.9. Giao diện điều khiển
• 1.10. KẾT QUẢ CHẾ TẠO, THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
• 1.10.1. Kết quả chế tạo
• 1.10.2. Thực nghiệm khảo sát thời gian đáp ứng lệnh từ máy chủ
• 1.10.3. Thực nghiệm khảo sát thời gian phản hồi lệnh tới máy chủ
• 1.10.4. Thực nghiệm kiểm tra phần mềm điều khiển
• 1.10.5. Kết quả đáp ứng khoảng cách của bộ điều khiển
• 1.11. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 1.11.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về Nghiên Cứu và Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Drone Đa Năng

Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển drone đa năng đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ hiện đại. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ drone, việc điều khiển nhiều drone cùng lúc mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong các lĩnh vực như nông nghiệp, cứu hộ, và giám sát. Hệ thống điều khiển này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất mà còn nâng cao tính linh hoạt và độ tin cậy trong các nhiệm vụ phức tạp.

1.1. Giới thiệu về công nghệ drone và ứng dụng của nó

Công nghệ drone đã phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, với nhiều ứng dụng đa dạng từ nông nghiệp đến quân sự. Drone có khả năng thực hiện các nhiệm vụ như giám sát, giao hàng, và cứu hộ, nhờ vào tính linh hoạt và khả năng tự động hóa cao.

1.2. Lợi ích của việc điều khiển drone theo nhóm

Điều khiển drone theo nhóm mang lại nhiều lợi ích như tăng cường hiệu suất, giảm thiểu rủi ro và tiết kiệm chi phí. Nhờ vào khả năng chia sẻ thông tin và phối hợp hành động, các drone có thể hoạt động hiệu quả hơn trong các môi trường phức tạp.

II. Các Thách Thức trong Nghiên Cứu Hệ Thống Điều Khiển Drone

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc nghiên cứu và phát triển hệ thống điều khiển drone đa năng cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như an ninh mạng, độ tin cậy của hệ thống, và khả năng giao tiếp giữa các drone cần được giải quyết để đảm bảo hiệu quả hoạt động.

2.1. Vấn đề an ninh mạng trong điều khiển drone

An ninh mạng là một trong những thách thức lớn nhất trong việc điều khiển drone. Các hệ thống cần được bảo vệ khỏi các cuộc tấn công mạng để đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật thông tin.

2.2. Độ tin cậy và ổn định của hệ thống điều khiển

Độ tin cậy của hệ thống điều khiển drone là rất quan trọng. Các lỗi trong quá trình điều khiển có thể dẫn đến sự cố nghiêm trọng, do đó cần có các biện pháp để đảm bảo tính ổn định và chính xác trong hoạt động.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu và Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Drone

Để phát triển hệ thống điều khiển drone đa năng, cần áp dụng các phương pháp nghiên cứu và thiết kế hiện đại. Việc sử dụng các công nghệ như MQTT và các giao thức giao tiếp hiệu quả sẽ giúp cải thiện khả năng tương tác giữa các drone.

3.1. Thiết kế giao thức giao tiếp giữa các drone

Giao thức giao tiếp là yếu tố quan trọng trong việc điều khiển drone theo nhóm. Việc thiết kế một giao thức hiệu quả giúp các drone có thể trao đổi thông tin nhanh chóng và chính xác.

3.2. Ứng dụng công nghệ MQTT trong điều khiển drone

Công nghệ MQTT được sử dụng để tạo ra một môi trường giao tiếp hiệu quả giữa các drone và máy chủ. Điều này giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển và nâng cao hiệu suất hoạt động.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn của Hệ Thống Điều Khiển Drone Đa Năng

Hệ thống điều khiển drone đa năng có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực khác nhau. Từ nông nghiệp đến cứu hộ, các drone có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ phức tạp một cách hiệu quả.

4.1. Ứng dụng trong nông nghiệp thông minh

Drone được sử dụng để giám sát và quản lý cây trồng, giúp nông dân tối ưu hóa quy trình sản xuất và tiết kiệm chi phí. Việc sử dụng drone trong nông nghiệp thông minh đang trở thành xu hướng phổ biến.

4.2. Ứng dụng trong cứu hộ và giám sát

Trong các tình huống khẩn cấp, drone có thể được sử dụng để tìm kiếm và cứu nạn. Chúng có khả năng tiếp cận các khu vực khó khăn và thu thập thông tin nhanh chóng, hỗ trợ các hoạt động cứu hộ hiệu quả.

V. Kết Luận và Tương Lai của Nghiên Cứu Drone Đa Năng

Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển drone đa năng đang mở ra nhiều cơ hội mới trong công nghệ. Tương lai của drone hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng tiềm năng, từ quân sự đến dân sự, góp phần vào sự phát triển của xã hội.

5.1. Tương lai của công nghệ drone

Công nghệ drone sẽ tiếp tục phát triển với nhiều ứng dụng mới. Việc nghiên cứu và phát triển hệ thống điều khiển drone đa năng sẽ đóng góp vào sự tiến bộ của công nghệ trong tương lai.

5.2. Khuyến nghị cho nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các giải pháp an ninh mạng và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống điều khiển drone. Điều này sẽ giúp nâng cao tính khả thi và hiệu quả trong các ứng dụng thực tiễn.