đặt vấn đề và giới hạn đề tài. Đồng thời xác định nội dung sẽ trình bày trong báo cáo. CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT: Trình bày tóm gọn các kiến thức sẽ áp dụng để giải quyết đề tài CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ: Chọn cơ cấu, tính toán thông số, lựa chọn thiết bị, thiết kế sơ đồ khối hệ thống điện và phát triển các lưu đồ giải thuật. CHƯƠNG 4 GIA CÔNG: Liệt kê các linh kiện, lắp ráp và thử nghiệm để kiểm tra một số chức năng cơ bản của robot.
CHƯƠNG 5 THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ: Tiến hành làm các bài thửu nghiệm và đánh giá trên cơ sở mẫu các công trình trước đây. CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN: Tóm lại các thành tựu đã đạt được, tìm ra hạn chế và hướng nghiên cứu sâu hơn về đề tài. 3 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về robot tự hành 2.1 Khái niệm Robot tự hành là một loại mobile robot có khả năng hoạt động tự động và thực hiện nhiệm vụ mà không cần sự can thiệp của con người. Với sự trang bị các cảm biến, chúng có thể nhận biết và tương tác với môi trường xung quanh.
Robot tự hành ngày càng đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp, thương mại, y tế, các ứng dụng khoa học, và đời sống hàng ngày [1]. Nhờ sự tiến bộ trong lĩnh vực robot học, các robot tự hành ngày càng có khả năng hoạt động trong nhiều môi trường khác nhau và phục vụ nhiều mục đích khác nhau. Chúng có thể được thiết kế để sơn, hàn, cắt cỏ, thám hiểm đại dương, và làm việc ngoài không gian. Sự phát triển không ngừng của nhu cầu thực tế tiếp tục đưa ra những thách thức mới cho các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này [1].2 Phân loại Robot tự hành được chia thành hai loại chính: robot tự hành di chuyển bằng chân và robot tự hành di chuyển bằng bánh [1].
Ngoài ra, một số loại robot hoạt động trong các môi trường đặc biệt, như dưới nước hoặc trên không trung, được trang bị các cơ cấu di chuyển đặc trưng phù hợp với môi trường hoạt động của chúng. Robot tự hành di chuyển bằng chân [1] Ưu điểm lớn nhất của loại robot tự hành chuyển động bằng chân là khả năng thích nghi và di chuyển trên các địa hình gồ ghề. Chúng có thể vượt qua các vật cản như hố, vết nứt sâu, điều mà các robot bánh xe thường khó thực hiện. Nhược điểm chính của loại robot này là cấu tạo phức tạp.
Chân robot có nhiều bậc tự do, làm tăng trọng lượng của robot và giảm tốc độ di chuyển. Các kỹ năng như cầm, nắm hay nâng tải cũng làm giảm độ cứng vững của robot. Độ linh hoạt càng cao thì chi phí chế tạo cũng tăng lên. Robot tự hành di chuyển bằng chân được mô phỏng theo các loài động vật, vì thế chúng có thể có 2 chân, 4 chân, 6 chân hoặc nhiều hơn.
Robot tự hành di chuyển bằng bánh [1] Bánh xe là cơ cấu chuyển động được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ robot tự hành. Trong các robot di chuyển bằng bánh, vấn đề cân bằng thường không được chú trọng nhiều. Robot ba bánh là kết cấu có khả năng duy trì cân bằng tốt nhất, nhưng robot hai bánh cũng có thể đạt được sự cân bằng. Khi robot có nhiều hơn ba bánh, cần thiết kế hệ thống treo để đảm bảo tất cả các bánh xe tiếp xúc với mặt đất.
Các vấn đề chính của robot di chuyển bằng bánh bao gồm lực kéo, độ ổn định và khả năng điều khiển chuyển động. 4 Nhóm đã chọn cấu trúc Robot tự hành di chuyển bằng bánh, cụ thể robot sẽ có cấu trúc hai bánh dẫn động ở phía trước và hai bánh đa hướng ở phía sau. Cấu trúc này mang lại nhiều lợi ích. Đầu tiên, với bốn bánh xe, trọng lượng của robot được phân bổ đều, giúp duy trì sự ổn định và cân bằng tốt hơn.
Ngoài ra, hai bánh đa hướng ở phía sau giúp robot có khả năng điều hướng linh hoạt, cho phép nó thay đổi hướng dễ dàng trong môi trường làm việc bằng phẳng. Cuối cùng, với bề mặt làm việc là di chuyển trên mặt đất nên sử dụng cơ cấu này giúp robot di chuyển hiệu quả và duy trì độ bám tốt trên bề mặt.2 Tổng quan về động học Động học là một lĩnh vực của cơ học tập trung vào việc nghiên cứu các đặc điểm hình học của chuyển động của các vật thể, mà không quan tâm đến các yếu tố như quán tính (khối lượng) hay các lực tác động làm cho vật thể chuyển động [2]. Thay vào đó, động học chỉ xem xét và mô tả sự thay đổi vị trí, vận tốc và gia tốc của các vật thể trong không gian theo thời gian. Chuyển động diễn ra trong không gian và theo thời gian.
Đơn vị chiều dài để đo khoảng cách là mét (m). Thời gian trong cơ học được coi là trôi đều và không phụ thuộc vào hệ quy chiếu khảo sát, và đơn vị đo thời gian là giây (s). Khi nghiên cứu chuyển động của các vật thể, thời gian được xem là đối số độc lập, nghĩa là nó tiến triển một cách nhất quán và không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác [2]. Để xác định vị trí của vật (hoặc điểm) đang chuyển động, người ta gắn vật đó vào một hệ tọa độ nhất định tạo thành một hệ quy chiếu.
Trong hệ quy chiếu này, nếu tọa độ của tất cả các điểm trên vật không thay đổi theo thời gian, ta nói vật đứng yên. Ngược lại, nếu tọa độ của các điểm thay đổi theo thời gian, ta nói vật đang chuyển động trong hệ quy chiếu đó. Khảo sát chuyển động của một điểm hoặc một vật rắn đòi hỏi việc xác định vị trí của chúng trong hệ quy chiếu đã chọn tại mỗi thời điểm, và mô tả chuyển động đó theo thời gian. Để thực hiện điều này, chúng ta sử dụng các thông số xác định vị trí, là các đại lượng dùng để xác định vị trí của một điểm hoặc một vật rắn trong hệ quy chiếu đã chọn.
Từ đó xây dựng những biểu thức liên hệ giữa thông số định vị và thời gian, xem thời gian là đối số độc lập còn gọi là phương trình chuyển động. Phương trình chuyển động mô tả cách vị trí của điểm hoặc vật rắn thay đổi theo thời gian. Vận tốc là đại lượng biểu thị hướng và tốc độ chuyển động của điểm hoặc vật rắn tại một thời điểm cụ thể. Vận tốc không chỉ có phương chiều mà còn có độ lớn và thường thay đổi theo thời gian.
Gia tốc là đại lượng biểu thị tốc độ thay đổi của vận tốc theo thời gian, bao gồm cả phương chiều và độ lớn. Gia tốc cũng là một hàm của thời gian, phản ánh sự biến thiên của vận tốc trong quá trình chuyển động [2]. Động học được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong vật lý thiên văn, nó giúp mô tả sự chuyển động của các thiên thể và hệ thiên thể, cho phép các nhà khoa học hiểu rõ hơn về quỹ đạo và tương tác giữa các hành tinh, sao và các vật thể khác trong vũ 5 trụ.
Trong cơ sinh học, chuyển động học giúp mô tả và phân tích chuyển động của bộ xương và cơ thể con người, hỗ trợ trong việc nghiên cứu và cải thiện các phương pháp điều trị y tế cũng như thiết kế các thiết bị hỗ trợ. Trong robot học, nó đóng vai trò quan trọng trong việc lập trình và kiểm soát chuyển động của cánh tay robot hoặc các robot tự hành. Ví dụ, trong lĩnh vực kỹ thuật, phân tích chuyển động học có thể được áp dụng để xác định phạm vi chuyển động của một máy móc cụ thể. Điều này bao gồm việc xem xét các yếu tố như góc quay, tốc độ và quỹ đạo của các bộ phận máy móc để đảm bảo chúng hoạt động hiệu quả và an toàn.
Ngược lại, việc sử dụng tổng hợp động học cho phép các kỹ sư thiết kế máy móc mới đáp ứng các yêu cầu về phạm vi quỹ đạo cần thiết. Quá trình này bao gồm việc xác định các thông số chuyển động mong muốn và thiết kế cấu trúc máy móc sao cho nó có thể thực hiện các chuyển động đó một cách chính xác.3 Cơ sở lý thuyết xử lý ảnh 2.1 Các khái niệm trong xử lý ảnh Điểm ảnh Điểm ảnh (pixel) là đơn vị cơ bản nhất của một hình ảnh số. Mỗi điểm ảnh là một điểm nhỏ nhất trên màn hình hoặc trong một bức tranh kỹ thuật số, và nó chứa thông tin về màu sắc và độ sáng tại vị trí đó. Ở mức đơn giản, mỗi điểm ảnh có thể được mô tả bằng giá trị số đơn, ví dụ như giá trị độ sáng từ 0 đến 255 trong trường hợp ảnh xám ở Hình 2.
Trong trường hợp ảnh màu, mỗi điểm ảnh thường được biểu diễn bởi ba giá trị số tương ứng với kênh màu Red, Green và Blue (RGB) như Hình 2. Ảnh màu Hình 2.1: Ví dụ về điểm ảnh của ảnh xám và ảnh màu [3] Mỗi điểm ảnh trong một hình ảnh đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý ảnh, và thông tin tại mỗi điểm ảnh sẽ được sử dụng để thực hiện các phép toán và thuật toán trong quá trình xử lý hình ảnh. Ảnh số Hình 2.2 là ví dụ về ảnh số. Ảnh số là tập hợp có số lượng hữu hạn các điểm ảnh, mỗi điểm này có mức xám tương ứng để mô tả hình ảnh và gần với thực tế.
Số lượng điểm ảnh 6 trong một ảnh số định rõ độ phân giải của nó. Độ phân giải càng cao, hình ảnh sẽ hiển thị rõ nét hơn và tái tạo chính xác các đặc điểm của nó. Hình ảnh, như một tín hiệu hai chiều, được biểu diễn bằng hàm toán học f(x, y), trong đó x và y là các tọa độ theo chiều ngang và dọc. Các giá trị của hàm f(x, y) tại mỗi điểm xác định màu sắc và độ sáng tương ứng của pixel tại điểm đó trong hình ảnh.
Ảnh số (xấp xỉ) (xấp xỉ) Hình 2.2: Ví dụ về ảnh số [3] Không gian màu [4] Một bức ảnh chụp có thể được biểu diễn trong các không gian màu khác nhau. là những mô hình toán học được sử dụng để mô tả màu sắc dưới dạng số. Có nhiều không gian màu được sử dụng cho các mục đích khác nhau. Trong phần này, chúng ta sẽ tìm hiểu về hai không gian màu cơ bản và phổ biến: RGB và HSV.
RGB là một không gian màu phổ biến được sử dụng rộng rãi trong đồ họa máy tính và nhiều thiết bị kỹ thuật số khác.