Chương 1.- Ăn TH TH HH Hành ngư 13 1. ng KH key 15 1. Phương pháp thực hiỆn. _ Các nội dung chính và gi6t hạn.
5 s11 Eisrerseeereeeree 15 Chương2. CO SỞ LÝ THUYÊT.-- 2 £+E+SE+EE+EE£EE+EEEEEEEeEEerEerkrrkrree 18 2. Board STM32F411 DISCOVGTV. - SH kg kg, 19 2.
Các líthuyết & thiết bị ngoại vi sử đụng. Xử Uf ảnIfỆ. AGP ì se VU ổ. Điểm anh (pixel) & độ phân giải.
Giá trị & chiều sâu.----:-©cc+ck+ E22 2E EEkerkrrree 26 2. Không gian màu HSV. Lọc ảnh số (Filter) & COntOUTS. Phương pháp xói mòn hình anh (Erosion).
| PHAN TICH VA THIET KE HE THÓNG. CAC KNOP ececcescsscessessesssessessesssssessessessesssessessessessusssessessesssssessessesssesseeseesess 31 3. LAP PAP veeeccecessesssessessesseessessessesssessessessessuessessessessusssessessesssssessessessessseeseesess 32 3. Mô tả di chuyển Robot nhện 6 Chan w.
Nguyên lí thăng bằng. SG nS S3 HH ng rệt 36 3. Nguyên lítiến tới. Nguyên lí xoay trái, phảI.
Tạo App Android kết nối Bluetooth HC-06 .1 xe 45 Chương 4. CẤU HÌNH VA GIAO TIẾP. 2-2-2 2+EE+EE+£EczErrxrrxerkerex 48 4. Phan mềm sử dụng.
Cau hình xung Clock, Timer.-- ¿- 2-5 s ESEEE+EE+EE£E£EerEerkerkrrszrs 51 4. Điều KHIM ee cecceccccsecseessesseesecsscsscessesscssessecsecsecsscsseesecssessesseeseessesseeseesees 53 4. Giao tiếp UART với HO-06 coccceccecccccccccsscsssessesssessessessessesssessessessesseeseesess 54 Chương 5. KÉT QUA THUC NGHIỆM.
Hoan thành phần khung RoObot. Mạch PCB và nguồn cho toàn hệ thống. _ Các di chuyển căn bản. Kết nối Bluetooth HCO6.
__ Phần mềm điều khiển. Giao tiếp giữa Smartphone và STÌM32.--- 2 ¿se xecke£xerxerxereee 58 5. Leo bậc thang (đã biết trước kích thước) .------ 2 2 z+s++x+zx+zx+rxxeee 58 5. _ Nhận diện màu sắc.
Di chuyền tự động theo màu đã chọn từ App điều khiến .----©-22222EESEESEEEEEEEEEEEEEEEEkrrkerkrrex 60 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Robot nhện 6 chân .1 Các khớp chân của RObOI.---«-c<cc+++cxekkeEkttkrekrtrirkrtrirkrirkrrrrrrrkee 18 Hình 2.2 Kit STM32F411 Discovery [ Í-4].3 Sơ đồ thực hiện của Timer [1 5].4 Mô tả quá trình Count Up của Timer [ I].5 Điều chế độ rộng xung (PWM) [1 5].--s-cscessccs+evrEestkerErEtstterstrsttsttersrtsrkrrsttsrkrrsrtsrtrrsrrsrke 24 Hình 2.8 Hình ảnh được số hóa [18].11 Chiều sâu của 1 điểm ảnh RGB [3].12 Ảnh xám và ảnh màu RGB Jal 8 | ,. Ất, ccceesrerrsrestsrrrresrsrrsrrsrsrrsrre 26 Hình 2.13 Không gian màu HSV [IO].14 Ảnh màu sau khi quét (bên phải) .15 Bộ loc Kernel tỉ lệ 1:1 [20|].16 Phương pháp xói mòn Erosion [21] .cc--555-SS+ tt HE này 32 Hình 3.2 Khớp chân RObOI.s--s<-- xe nh Hà HH Hành 32 Hình 3.3 Khớp nói thân và chân R.------ce+crxserkerrrrtrstrrrrrirrrrrrrrrrrrke 33 Hình 3.4 Chân Robot hoàn chỉÍnh.-- «se +sxsrxskkxtrrtetrketkktrrkttkrrrrkrrkerrkrirkerrke 33 Hình 3.5 Ga chân nhện vào tấm dưới thân nhện .6 Khung nhện hoàn chỉnh .7 VỊ trí 6 chân đúng va sai của RODOI.--c--cc«eccvsereekreerteerrrtsrirerrertre 35 Hình 3.8 Hai góc tạo bởi khớp C.9 Cách tiến lên của Robot.10 Nguyên lí xoay trái phải .11 PCB đế cắm STM32F411.cccccc++eieeeeeeverrrrrrrrtrrrrerrrrrrrrrrrrrree 39 Hình 3.12 Dé cắm thực tẾ.-----cee+E©v++vetEEEEEAxettEEEEAxeettrrtrrkrerirrrrrreerrrrrrrree 40 Hình 3.14 Phát hiện vật thể.-----+++ccccctttrrec2EEEEEErirvrrEEErrrirrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrre 41 Hình 3.15 Nhận diện nhiều màu cùng lúc.---:+ccccceer+ceeevvtrrrreesvvvrrrrrree 42 Hình 3.16 Nhận diện vật lớn nhất cùng màu trong một frame.17 Xác định vị trí vật thé trong tầm nhìn.18 Layout của App điều khiển.---cccc-cccccveeerrrrrrrreerrrrrrrrrrrrrrrrrrer 45 Hình 4.1 STM32CubeMX Development Software [4] .2 Atollic TrueSTUDIO Software [5] .3 Pycharm IDE Software [6] .4 Android Studio Software [7 ].5 Proteus Design Suite Software [Š ].6 Cấu hình xung clock bằng STM32CubeMX.7 Độ rộng xung dé điều khiển góc quay Servo [§].8 Tín hiệu từ STM32 đến Servo vescesssssssssssssssssssssssesssssssssesessssssssssssssesssssesssusssssseesee 54 DANH MỤC BANG Bảng 3.1 Linh kiện sử dụng47 Bảng 4.1 Sơ đồ kết nối chân Robot và Timer STM32F452 DANH MỤC TU VIET TAT VCS : Version Control System IDE: Integrated Development Environment GPIO : General Purpose Input-Output UART: Universal Asynchronous Receiver-Transmitter PWM: Pulse Width Modulation 11 TOM TAT KHÓA LUẬN Sản phẩm của khóa luận là một robot nhện 6 chân được tạo nên từ 18 động cơ servo kết hợp với một bộ nhận diện màu sắc - đóng vai trò là “một bộ não” giúp robot có thê tự động di chuyển theo một màu được xác định trước. Đề cải thiện cho việc điều khiển được dé dang hơn và thuận tiện hơn, nhóm cũng cung cấp một ứng dụng điều khiến dé thay thé cho những ứng dụng sẵn có ở bên ngoài thị trường hiện nay. Về phần chức năng của robot, chú nhện này có thê đáp ứng được những thao tác di chuyên căn bản và những động tác giải trí khác.
Không dừng lại ở đó, ngoài việc di chuyền trên bề mặt bằng phăng, nhóm cũng quyết định nâng cấp việc di chuyên trở nên tốt hơn bằng cách hỗ trợ cho robot có khả năng trèo bậc thang (ở một chiều cao được nhóm xác định trước). Về mặt cấu trúc của robot nói chung và hệ thống nói riêng, sản phẩm chính của khóa luận (robot nhện) được chia ra gồm 2 phần: phần thân của robot và phần nhận diện màu sắc. Đối với phần thân, cấu trúc của hệ thống bao gồm: + Khung robot được tạo nên từ kim loại r5 18 động cơ servo đóng vai trò chính để tạo nên 6 chân của robot + Vi điều khién STM32F411 đảm nhiệm quá trình băm xung cho các động cơ % Khối mạch nguồn, mạch điều khiển và những linh kiện khác Đối với khối xử lý màu sắc, hệ thống bao gồm các linh kiện như sau: + Jetson Nano được nhúng san hệ điều hành Linux hỗ trợ cho quá trình xử lý ảnh đóng vai trò là “não bộ” + Camera đóng vai trò là “mắt nhện” dé Jetson có thé phát hiện được những mau sắc ở phía trước và phản hồi lai cho người dùng Về mặt chức năng, robot nhện có thể đáp ứng cụ như sau: + Thao tác căn ban: hướng về phía trước hoặc theo hướng ngược lại, xoay trái hoặc xoay phải và những động tác giải trí khác + Tréo bậc thang với chiều cao được xác định trước + Tự động nhận diện được màu sắc ở trước mặt, có khả năng di chuyền theo màu được chỉ định qua ứng dụng di động được cung cấp. Nội dung Ngày nay, việc sử dụng robot để thay thế con người khám phá các địa hình khó khăn trong thực tế đang dần được phát triển (Spider robot, lidar robot,.
Dựa trên bài báo khoa hoc “Study on hexapod robot manipulation using legs” [1] và dự án Arduino Spider Robot (Quadruped) [2], spider robot vẫn còn nhiều hạn chế và chưa mang tinh tự động hóa, không thé ứng dụng rộng rãi vào những van dé ở thực tiễn. Việc sử dụng robot vào quá trình này đòi hỏi robot phải đáp ứng được việc điều khién từ xa, loại bỏ hoàn toàn việc điều khién thủ công như trước. Không dừng lại ở đó, dé robot có thé thực hiện những hành động mang tính chất phức tạp đòi hỏi chúng cần có khả năng xử lý những tình huống một cách tự động, việc điều khiển thủ công không thé đáp ứng được tính tỉ mi cũng như còn rất nhiều hạn chế tùy thuộc vào tình huống sử dụng robot. Giả sử, nếu sử dụng robot trong một không gian mà tại đó ánh sáng còn hạn chế hoặc tín hiệu điều khiển không 6n định thì việc con người quan sát và điều khién robot gần như là không thé.
Về năng lượng được cung cấp cho robot ở thời điểm hiện tại vẫn là những viên pin hoặc cao cấp hơn là pin năng lượng mặt trời có khả năng tự sạc cho bản thân robot, do đó chưa thể đáp ứng được việc duy trì năng lượng liên tục cho robot. Nếu như con người sử dụng robot vào việc khai thác hay tìm kiếm những nguồn tài nguyên quan trọng thì việc cạn kiệt nguồn năng lượng có thé gây nên tình trạng: không thé lay được những tài nguyên đang trong quá trình vận chuyền, thậm chí không thê thu hồi lại robot sau khi sử dụng. Tóm lại, đây chính là những hạn chế mang tính chất quyết định đến thực trạng ở hiện tai. 13 Từ thực trạng trên, nhóm quyết định thực hiện việc nghiên cứu, tìm hiểu và ứng dụng quá trình xử lý ảnh (nhận diện màu sắc từ các vat thé) điều khiến một robot có khả năng di chuyền linh hoạt một cách tự động ở các bề mặt hiểm trở mà con người không thể đặt chân đến.
Hiện nay, Robot nhện ở nước ta chỉ dừng lại ở việc điều khiển thông thường [13] (tiến, lùi, xoay, đi nhanh, đi chậm,. Nhóm đã cải tiến robot thêm những tính năng hữu ích giúp cho nó có khả năng tự động đưa ra quyết định di chuyên theo vật thé, hơn thé nữa có còn có thé thu thập dữ liệu của vật thể trong tầm nhìn và đưa dit liệu đó về cho người dùng quản lí. Remote cũng được thay thé bang phan mềm với giao diện thân thiện hiển thị trên Smartphone đề thuận tiện, tiết kiệm chi phí và quan trọng tích hợp xử lí anh dé phát triển phan tự động di chuyển trong không gian. Mục tiêu Mục tiêu chung của đê tài là lắp ráp một robot nhện có 6 chân và điêu khiên được robot nhện di chuyên theo các hướng, leo bậc thang.
Đồng thời ứng dụng xử lý ảnh đê xác định màu sắc các vật thê đê tự động điêu khiên robot di chuyên theo các vật thê mang mau sac được lựa chọn. Cu thê đê tài sẽ: + Tìm hiểu quy trình chế tạo một robot nhện 6 chân. + Thực nghiệm lắp ráp robot và điều khiển robot di chuyền theo các hướng đã xác định trước. + Thực hiện các thuật toán điều khiến robot leo bậc thang với chiều cao biết trước.
Thực hiện các thuật toán điều khiến robot di chuyền theo vật thể xác định trước thông qua màu sắc của vật thể. Phương pháp thực hiện Xây dựng robot bằng khung sắt cùng với 18 servo dé tạo nên phần cứng cho robot. Sử dung các bộ ha áp và nguồn tổ ong dé xây dựng nguồn điện thích hợp cho các động cơ và các kit sử dụng trên robot. Sử dụng kit STM32F411 Discovery làm bộ điều khiển chính chứa chương trình nhúng điều khiến các hoạt động di chuyên căn bản của robot.
Sử dung kit Jetson Nano và Camera Raspberry Pi V2 8MP phục vụ cho quá trình nhận diện, xử lý anh và truyền các tín hiệu điều khiển đến bộ điều khiển chính. Các nội dung chính và giới hạn Trong đề tài khóa luận này, những nội dung chính mà nhóm thực hiện bao gồm các hoạt động chính như sau: + Tìm hiểu, nghiên cứu và lắp ráp hoàn chỉnh robot nhện 6 chân. + Hiện thực việc thăng bằng cũng như các hoạt động di chuyển căn bản cho robot. 15 + Tích hợp khả năng leo bậc thang cho robot, giúp nâng cao hiệu quả di chuyển trên các bề mặt khác nhau (với kích thước bậc thang và bề mặt được xác định trước).
% Xây dựng quá trình nhận diện màu sắc giúp cho robot tự động di chuyền theo một màu được chỉ định. % Cung cấp ứng dụng di động nâng cao phù hợp với mục đích điều khiển robot. Đối với việc lắp ráp hoàn chỉnh robot, nhóm sử dụng bộ khung mà nhà sản xuất cung cấp với kích thước sẵn có.