Bài giảng môn Tự động hóa - Rô bốt tự hành

Dẫn nhậpBà Takisuma 83 tuổi bị đục tinh thể cách đây mấy năm. Hiện giờ bà không nhìn thấy gì cả. Hằng ngày bà ở nhà một mình thi thoảng có người hàng xóm bên cạnh sang xem bà có cần giúp gì không. Bà nhận biết thế giới xung quanh nhờ đôi tay cho nên việc đi lại trong nhà gặp rất nhiều khó khăn. Bà mong ước có ? để giúp bà trong công việc đi lại. ? chính là mục đích nghiên cứu đề tài của chúng tôi ?RÔ BỐT TỰ HÀNH Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Tạ Duy Liêm Sinh viên thực hiện : Đoàn Nam Thái Nguyễn Vũ Quang Lớp KSTN-CTĐT-K46 Nội dung trình bày Phần 1: Giải bài toán tìm đường cục bộ và toàn cục cho Rô bốt tự hành. Xây dựng phần mềm mô phỏng. Phần 2: Cấu tạo phần cứng và các phương pháp điều khiển trong Robot tự hành. Phần 1Giới thiệu về robot tự hànhMô hình động học của robot tự hànhGiải bài toán tìm đường cho robot tự hànhXây dựng phần mềm mô phỏngGiới thiệu về Robot tự hànhRobot tự hành (mobots) là một loại xe robot có khả năng tự di chuyển, tự vận động (có thể lập trình lại được) dưới sự điều khiển tự động để thực hiện thành công công việc được giao.Ứng dụng:Vận chuyển hàng hóa, vật liệuKiểm tra trong môi trường nguy hiểmKhám phá, do thámTham gia quá trình công nghệPhục vụ sinh hoạt Một số hình ảnh về Robot tự hànhMô hình động họcLượng dịch chuyển của robot ứng với tọa độ gốcVị trí của robot ở thời điểm iBài toán tìm đườngBài toán cục bộ Robot tìm đuờng trong môi trường chưa biết trước hoặc chỉ biết một phầnBài toán toàn cụcRobot đã biết trước vị trí và hình dạng vật cảnĐầu vào & đầu ra của bài toánMôi trường hoạt động phẳng, giới hạn bởi các bức tườngCác vật cản tĩnh hoàn toànMục đích: robot tự động về tới đích mà không chạm vật cảnBài toán tìm đường cục bộRobot dùng 3 cảm biến xác định khoảng cách tới vật cản : góc chỉ hướng của robot : góc hướng về đích tính từ tâm robot  : góc dẫn hướng cho robot tránh vật cản. :góc dẫn hướng điều khiển chuyển động cho robot.Khi sensor không phát hiện vật cản , ngược lại thì Không gian làm việc của robotĐíchyxCách ứng xử của robot khi sensor phát hiện vật cảnCách ứng xử của robot khi sensor phát hiện vật cảnKhi đang tiến, robot quá gần vật cản ( robot lùi lại, quay sang phải 45 độSơ đồ quá trình tìm đườngKết quả mô phỏngBài toán tìm đường toàn cụcTìm được đường đi tối ưuChia môi trường thành các ô lướiSử dụng thuật toán lan truyền khoảng cách (của Kang và Javis)Vật cản được giãn bằng bán kính đường tròn bao robotRobot được thu nhỏ lại thành một điểm tại tâm, chuyển động qua các tâm ô vuôngĐánh dấu các ô có vật cảnVật cản được giãn raChuyển động của tâm robot giữa các ô lướiThuật toán lan truyền khoảng cáchXuất phát tại ô đích, lan truyền khoảng cách ra các ô xung quanhMục đích: mỗi ô sẽ chứa khoảng cách ngắn nhất tới đíchTrình tự thuật toánKhởi đầu một giá trị khoảng cách rất lớn cho từng ô khác ô đíchGiá trị khoảng cách của ô đích đặt bằng 0Quét (thuận và ngược) với từng ô lưới, không xét các ô có vật cảnSo sánh giá trị khoảng cách của ô với giá trị khoảng cách ô liền kề + khoảng cách giữa chúngCập nhật giá trị nhỏ nhất cho ô lướiLặp đến khi giá trị khoảng cách không còn thay đổiVí dụ của thuật toánThuật toán lập đường điBắt đầu ở ô xuất phátXét các ô liền kề xem ô nào có giá trị khoảng cách < giá trị khoảng cách của ô xuất phát hay không.If không có Then kết thúc, không tìm được đường điElse {Có đường đi} Đưa ô xuất phát vào đường đi Repeat Xét các ô liền kề để tìm ô có giá trị khoảng cách thấp nhất Chuyển tới ô liền kề Đưa ô đó vào đường đi Until tới ô đíchEndKết quả mô phỏngPhần 2 Cấu tạo phần cứng và các phương pháp điều khiển trong rô bốt tự hànhCấu tạo phần cứng Kết cấu cơ khíMạch điều khiển rô bốt - Khối sensor -  Khối nguồn -  Khối điều khiển -  Khối công suất -  Khối hiển thịKhối sensorNhiệm vụ Phát hiện vật cản, nếu có vật cản thì báo cho mạch xử lý trung tâm.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Khối điều khiển Sử dụng vi điều khiển AT89c51 Đặc tính Đặc tính Số lượngROM4KRAM128 byte Bộ định thời2Chân vào/ra32Cổng nối tiếp1 Nguồn ngắt6Khối công suất Nhiệm vụ Điều khiển 2 động cơ DC Sơ đồ nguyên lý Các phương pháp điều khiểnPhương pháp sử dụng PWM để điều khiển tốc độ robotPhương pháp tạo encoder từ chuột máy tínhPhương pháp quét đèn led 7 nét (Khối hiển thị) Hoạt động định thời 89C51 có hai bộ định thời 16 bít, mỗi bộ định thời chia thành 2 thanh ghi THx (byte cao) và TLx (byte thấp) 4 chế độ hoạt động định thời -  Chế độ định thời 13 bit -  Chế độ định thời 16 bit -  Chế độ tự nạp lại 8 bit -  Chế độ định thời chia tách Chế độ định thời nạp lại 8 bitChế độ định thời nạp lại 8 bitThanh ghi TH được nạp giá trị 8 bit thì 8051 sao nội dung đó vào TL và bộ định thời được khởi động.Bộ định thời sau khi được khởi động thì bắt đầu đếm tăng bằng cách tăng thanh ghi TL. Bộ định thời đếm cho đến khi đạt giá trị tới hạn là FFH. Khi quay vòng từ FFH về 00 thì cờ bộ định thời TF được thiết lập.Khi thanh ghi TL quay từ FFH về 00, cờ TF được bật lên 1 thì thanh ghi TL tự động nạp lại giá trị ban đầu đượcgiữ trong thanh ghi TH.Cờ TF được tự xoá và bộ định thời lại bắt đầu một chu trình mới mà không cần bất kì một sự can thiệp nàoPhương pháp tạo ra xung PWM Sử dụng timer 0 (chế độ nạp lại 8 bit) để tạo raXung PWM Chương trình ngắt Dừng Timer 0Giá trị nạp lại mới = 255-giá trị nạp cũ; Đảo pwm;Khởi động timer;;255TH0 ban đầuEncoder Encoder Chiều quay thuận: ..11..10..01..11..10..01..Chiều quay ngược:..11..01..10..11..01..10..EncoderPhương pháp quét đèn Dùng timer 1 thực hiện quét đèn Đưa vào biến t để chọn đèn, ban đầu t=0 Ngắt thứ nhất: Ngắt thứ 2Ngắt thứ 3Ngắt thứ 4Lưu đồ hoạt động của robotXin chân thành cảm ơnđã theo dõi!