CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Thiết lập giao tiếp truyền thông thông qua MQTT Broker. Thiết kế và phát triển giao diện web để quan sát và điều khiển hệ thống. Chương 5: Thực nghiệm, phân tích, tổng hợp Mô tả quá trình thực hiện các thử nghiệm và phân tích kết quả thu được.
Đánh giá hiệu suất, độ chính xác và tính linh hoạt của hệ thống. Tổng hợp kết quả và so sánh với mục tiêu đề ra ban đầu. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Tóm tắt lại các kết quả chính đã đạt được trong luận văn. Đánh giá đóng góp và ứng dụng của đề tài.
Đề xuất hướng phát triển và nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực này.5 GIỚI HẠN Chỉ sử dụng mã QR để định hướng di chuyển và hồi tiếp vị trí của Robot. Mô hình Mobile Robot chỉ có khả năng di chuyển trong môi trường bằng phẳng, không gồ ghề. Chỉ sử dụng ngôn ngữ python openCV để quét mã QR bằng RaspberryPi tích hợp camera phát hiện hình ảnh cũng như là một MQTT broker Sử dụng ESP32 là một Client và tạo webserver cũng như giao diện điều khiển khiển trên web như hệ thống điều khiển để điều chỉnh hoạt động của mobile robot, bao gồm cả quá trình quét mã QR, định vị vị trí và di chuyển đến đích. Chưa sử dụng cơ sở dữ liệu để có thể lưu và truy xuất các giá trị.
Có hạn chế về tốc độ di chuyển so với các phương pháp định vị tiên tiến khác như định vị bằng laser hoặc GPS. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 ĐỘNG HỌC ROBOT 4 BÁNH 2.1 Ma trận Jacobian Xét robot có tọa độ tổng quát q1 , q2 ,., xm trong không gian làm việc. Các vecto được định nghĩa như sau: q1 x1 q x q 2 , p 2 (2.1) qn xm Hình 2.1: Mô hình động học Robot trực tiếp và đảo nghịch Bài toán xác định p khi biết q được gọi là bài toán xác định động học thuận.2), xác định q khi biết p được gọi là bài toán xác định động học nghịch, được biểu thị: q f 1 (p) (2.3) Động học là một nhánh của cơ học nghiên cứu chuyển động của vật chất mà không tính đến khối lượng, mômen quán tính và các lực hay mômen chuyển động của chúng.
Như vậy, các phương trình động học phụ thuộc vào hình dạng cố định của robot trong khung tọa độ cố định. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Để có được những chuyển động này, chúng ta phải điều chỉnh một cách thích hợp chuyển động của các biến khớp, được biểu thị bằng vận tốc q q1 , q2 ,. T Do đó chúng ta cần tìm quan hệ vi phân của q và p.
Đây được gọi là động học vi phân trực tiếp và được thể hiện bởi: dp =Jdq (2.4) Trong đó: dq1 dx1 dq dx dq 2 , dp 2 (2.5) d qn dxm Và ma trận J m×n: x1 x1 x1 q q2 qn 1 J= J ij (2.6) xm xm xm q1 q2 qn Với thông số (i, j ) và J ij xi q j được gọi là ma trận Jocobian của robot.2: Động học vi phân trực tiếp và gián tiếp Với tọa độ tổng quát q1 , q2 ,., qn của robot, ma trận Jacobian biểu diễn mối quan hệ giữa độ dịch chuyển của các khớp với độ dịch chuyển vị trí của robot trong không gian làm việc., xm là vận tốc cả các T T khớp và không gian làm việc. Khi đó chia dp =Jdq cho , ta có: dp dq =J hay p =Jq (2.7) dt dt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6 CHƯƠNG 2.2 Động học robot 4 bánh mecanum đa hướng Hình 2.3: Thiết lập tiêu chuẩn của robot 4 bánh mecanum đa hướng Hình 2.4: Sáu cơ chế di chuyển cơ bản của robot 4 bánh mecanum đa hướng Hình 2.5: Sáu cơ chế di chuyển mở rộng của robot 4 bánh mecanum đa hướng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.6: Hệ trục tọa độ cho xe 4 bánh mecanum đa hướng. Các thông số cấu hình và vận tốc của hệ thống được xác định như sau: x, y, θ: vị trí của robot (x, y) và góc định hướng θ (Góc giữa X và 𝑋𝑅); X G Y: khung tọa độ; x,y là tọa độ của điểm quy chiếu O trong cơ sở quán tính; XR O YR: khung cơ sở của robot; hệ tọa độ Descartes gắn với chuyển động của trọng tâm thân xe; Si Pi Ei: hệ tọa độ của bánh xe thứ i ở tâm bánh xe điểm 𝑃𝑖 O, Pi: cơ sở quán tính của Robot trong khung Robot và 𝑃𝑖 = {𝑋𝑃𝑖, 𝑌𝑃𝑖} tâm trục quay của bánh xe 𝑖 ; OPi , là vectơ chỉ khoảng cách giữa tâm Robot và tâm bánh xe thứ 𝑖; 𝑙𝑖𝑥: một phần hai khoảng cách giữa bánh trước 𝑙𝑖𝑦: một phần hai khoảng cách giữa bánh trước và bánh sau 𝑙𝑖, khoảng cách giữa các bánh xe và chân đế (tâm robot O); 𝑟𝑖 , biểu thị bán kính của bánh xe i (Khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm con lăn) 𝑟𝑟, biểu thị bán kính của các con lăn trên các bánh xe.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 8 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 𝛼𝑖: góc giữa O𝑃𝑖 và XR 𝛽𝑖, góc giữa Si và XR. 𝛾𝑖 , góc giữa 𝑣𝑖𝑟 và 𝐸𝑖 𝜔𝑖 [rad/s], vận tốc góc của bánh xe; 𝑣𝑖𝜔 [𝑚/𝑠], 𝑖 = 0,1,2,3 ∈ 𝑅 , là vectơ vận tốc ứng với số vòng quay của bánh xe 𝑣𝑖𝑟 , vận tốc của con lăn trên bánh i; [𝑤𝑠𝑖 𝑤𝐸𝑖 ωi ]T vận tốc gốc của điểm 𝑃𝑖 trong khung 𝑆𝑖 𝑃𝑖 𝐸𝑖; [𝑣𝑆𝑖 𝑣𝐸𝑖 ωi ]T vận tốc gốc của điểm 𝑃𝑖 trong hệ quy chiếu 𝑋𝑅𝑂𝑌𝑅; 𝑣x, 𝑣y [m/s] vận tốc thẳng của robot; 𝜔𝑧 [rad/s] vận tốc góc của robot; Hình 2.7: Các thông số của bánh xe thứ i Theo hình nguyên lí hoạt động của bánh xe i, chúng ta có thể tính vận tốc của bánh xe i và vận tốc tiếp tuyến của con lăn tự do gắn với bánh xe chạm sàn: 1 vir rri , wEi rii , i 0,1, 2,3.8) cos 45 Suy ra: vsi vir sin i (2.9) vEi i ri vir cos i (2.10) vSi 0 sin i i w i i TPi (2.11) vEi i r cos i ir v vir Ma trận biến đổi từ vận tốc của bánh xe thứ i đến tâm của nó: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 9 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 0 sin i wi TPi (2.12) ri cos i Theo Hình 2.7, vận tốc của tâm bánh xe được dịch sang hệ tọa độ XROYR có thể đạt được là: viX R cos i sin i vSi wi Pi i TPi TR (2.13) viYR sin i cos i vEi vir Từ phương trình trên có thể suy ra được ma trận biến đổi từ tâm bánh xe thứ i sang hệ tọa độ của robot.
cos i sin i Pi TR cos i (2.14) sin i Vì chuyển động của robot là phẳng nên ta còn có: v vX R viX R 1 0 liy X ' v Y T vY (2.15) viYR 0 1 lix R R Trong đó: 1 0 liy T' (2.16) 0 1 lix Ta được mô hình động học nghịch: vX R wi TPi Pi TR T ' vYR , i 0,1, 2,3 i (2.17) vir R Vì ri 0, 0 i , det( Pi TR ) 0, det( wi TPi ) 0. Do đó, vận tốc cơ sở của 2 robot (tại điểm O) liên quan đến vận tốc quay của bánh xe thứ i. vX R i wi 1 Pi 1 ' v TPi .18) ir R Theo phương trình (2.13), có một mối quan hệ giữa các biến trong mỗi khung bánh xe của robot và tâm của nó. Và với động học nghịch, vận tốc của hệ thống có thể thu được bằng cách thực hiện vận tốc tuyến tính 𝑣ir và tốc độ quay i của bánh xe thứ i.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 10 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT vX R i vYR T (2.19) vir R vX R i v T vYR (2.20) ir R Ở đây: T w TP 1.T ' , T (T T T )1T T i i i 1 cos i sin i 0 sin i 1 0 liy T cos i ri cos i 0 1 lix .21) sin i Xét trường hợp 𝑙𝑖𝑥 = 𝑙𝑖cos𝑎i ; 𝑙𝑖𝑦 = 𝑙𝑖𝑠𝑖𝑛𝑎i và giả sử các bánh xe có cùng kích thước, ma trận biến đổi là: cos( i yi ) sin( i yi ) li sin( i i i ) 1 sin( i ) sin( i ) sin( i ) T (2.23) Vì có mối quan hệ giữa các biến độc lập 𝑣𝑖𝑟 và 𝜔𝑖 trong mỗi khớp và vận tốc góc và tuyến tính của hệ thống, giả sử rằng không có bánh xe trượt trên mặt đất, nên có thể thu được động học ngược của hệ thống bằng cách tương đương.