Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Nghiên cứu, thiết kế robot dò đường đi bằng sóng siêu âm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:85

Thêm vào BST

Báo xấu

73
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn đề xuất phương pháp để điều khiển robot di động dò đường với mê cung bất kì. Mục đích của luận văn là điều khiển, thi công một robot di động, xây dựng dữ liệu mê cung từ đó tìm đường đi ngắn nhất. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Nghiên cứu, thiết kế robot dò đường đi bằng sóng siêu âm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- PHẠM DỰ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ ROBOT DÒ ĐƢỜNG ĐI BẰNG SÓNG SIÊU ÂM LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Mã số ngành: 60520114 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- PHẠM DỰ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ ROBOT DÒ ĐƢỜNG ĐI BẰNG SÓNG SIÊU ÂM LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Mã số ngành: 60520114 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN DUY ANH TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2015
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Duy Anh Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày 16 tháng 8 năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 PGS. TS. Lê Hữu Sơn Chủ tịch 2 TS. Nguyễn Thanh Phương Phản biện 1 3 TS. Võ Hoàng Duy Phản biện 2 4 PGS. TS. Ngô Cao Cường Ủy viên 5 TS. Nguyễn Hùng Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa. Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : PHẠM DỰ Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 15/10/1986 Nơi sinh: Gia Lai Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử MSHV: 1341840005 I- Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ ROBOT DÒ ĐƯỜNG ĐI BẰNG SÓNG SIÊU ÂM II- Nhiệm vụ và nội dung: Nhiệm vụ: Điều khiển mobile robot dò đường đi trong mê cung và tìm đường đi ngắn nhất. Nội dung: ˗ Nghiên cứu các thuật toán tìm đường đi trong mê cung. ˗ Giao tiếp module cảm biến siêu âm với vi điều khiển. ˗ Điều khiển mobile robot dò đường đi trong mê cung. III- Ngày giao nhiệm vụ: ngày 18 tháng 8 năm 2014 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ngày 11 tháng 7 năm 2015 V- Cán bộ hƣớng dẫn: TS.NGUYỄN DUY ANH CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn Phạm Dự
ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến quý thầy giảng viên Trường Đại học Công Nghệ Tp.HCM đã nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho chúng em trong quá trình giảng dạy khóa cao học tại trường Đại học Công Nghệ Tp. HCM. Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến Thầy TS. Nguyễn Duy Anh đã tận tình hướng dẫn em về chuyên môn và kinh nghiệm để giúp em thực hiện luận văn tốt nghiệp. Em cũng xin gửi lời cám ơn đến các anh/chị, các bạn học viên đã giúp đỡ, cùng trau dồi kiến thức trong suốt quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp. Phạm Dự
iii TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Luận văn đề xuất phương pháp để điều khiển robot di động dò đường với mê cung bất kì. Mục đích của luận văn là điều khiển, thi công một robot di động, xây dựng dữ liệu mê cung từ đó tìm đường đi ngắn nhất. Robot có hai chức năng: dò đường trong mê cung và truyền dữ liệu bản đồ mê cung tìm được lên máy tính. Mô hình của Robot di động được sử dụng có hai bánh xe chủ động và 1 bánh xe tự lựa. Robot di chuyển độc lập trong mê cung mà không có sự can thiệp từ bên ngoài. Robot có ba cảm biến siêu âm được sử dụng để dò đường đi và phát hiện thông tin của các bức tường trong mê cung Robot sau khi có được dữ liệu của các bức tường trong mê cung sẽ truyền dữ liệu lên máy tính thông qua module RF UART. Đồng thời dữ liệu sẽ được lưu lại trong bộ nhớ của robot để robot có thể sử dụng để dò những bức tường tiếp theo trong mê cung. Kết hợp với giao diện Matlab GUI người dùng có thể theo dõi chính xác vị trí đang đứng của Robot trong mê cung. Thuật toán Tremaux được đề xuất để giải bái toán tìm đường đi ngắn nhất khi Robot đã dò được toàn bộ mê cung. Đường đi này sẽ được hiển thị lên giao diện Matlab GUI. Toàn bộ kết quả của việc dò đường, tìm đường đi ngắn nhất, thông tin mê cung sẽ được lưu trong máy tính qua file text của Matlab. Kết quả này sẽ được sử dụng cho những lần di chuyển tiếp theo. Việc tính toán ước lượng các thông số của robot: các loại sai số, vận tốc góc, vận tốc dài, khoảng cách….cũng được thực hiện dựa trên các thông số về mô hình, linh kiện của hệ thống thực tế. Phần cứng được thi công bao gồm các khối chính: module cảm biến siêu âm, module RF UART và module mạch động lực cho robot. Mạch điều khiển cho robot sử dụng vi điều khiển ARM.
iv ABSTRACT The thesis proposes a method to control a mobile robot which finds a way with any maze. The aim is controlling, operating the robot, constructing a maze data to find the nearest way to destination. Robot has two main functions: finding the way to the maze, transmitting the map data of the maze to Laptop. The model of Robot is used two wheels with two motors and one wheel controlled. Robot can move in maze by itself. There are 3 ultrasonic sensors which are used to detect the way and discover a signal that is caused from the wall in the maze. After receiving the data from the walls in the maze, Robot transmits it to Laptop by RF UART module. At the time, Robot saves the data in its memory to detect different walls in the maze. According to Matlab graphic interface, user can know exactly Robot‟s location in the maze. Flood fill algorithm solves the problem how to find the nearest way in the maze, as well as Robot scan all about maze. This way will be showed in Matlab graphic interface. All results about finding, detecting the nearest way, the maze data will be saved in computer by Matlab‟s file text. These results will be used for the next steps. The calculating of the parameters of Robot such as: errors, angular velocity, velocity, distance…etc. is performed basing on the parameters of the model, the components of the actual system. The main blocks of Robot platform: the ultrasonic sensor module, RF UART module and power circuits. The robot controller is ARM microcontroller.
v MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN .......................................................................................1 1.1. Giới thiệu chung ..........................................................................................1 1.2. Phân loại robot tự hành ................................................................................2 1.2.1. Robot tự hành di chuyển bằng chân (Legged Robot) ...........................2 1.2.2. Robot tự hành di chuyển bằng bánh (Wheel Robot) ............................4 1.3. Phương pháp điều hướng cho robot tự hành................................................8 1.3.1. Phương pháp điều hướng có tính toán ..................................................8 1.3.2. Phương pháp điều hướng robot theo phản ứng ....................................9 1.3.3. Phương pháp điều hướng lai ghép ......................................................11 1.4. Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................11 1.5. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ..............................................................11 1.5.1. Mục tiêu của đề tài ..............................................................................11 1.5.2. Nội dung nghiên cứu...........................................................................12 1.6. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu ............................................................12 1.6.1. Giới thiệu tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu...........................12 1.6.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới .....................................................13 1.6.3. Tình hình nghiên cứu trong nước .......................................................17 1.7. Lựa chọn và cách bố trí bánh xe ................................................................18 Chương 2: MÊ CUNG VÀ GIẢI THUẬT TÌM ĐƯỜNG TRONG MÊ CUNG .21 2.1. Robot vẽ bản đồ .........................................................................................21 2.1.1. Vấn đề định vị của Robot tự hành ......................................................21 2.1.2. Sóng siêu âm .......................................................................................22 2.1.3. Camera xử lí hình ảnh.........................................................................23
vi 2.1.4. Lựa chọn phương án định vị và nhận diện vật cản .............................24 2.2. Mê cung và các thuật toán tìm đường trong mê cung ...............................24 2.3. Thuật toán tìm đường ngẫu nhiên ..............................................................25 2.4. Thuật toán bám theo tường ........................................................................25 2.5. Thuật toán Pledge ......................................................................................26 2.6. Thuật toán Trémaux ...................................................................................27 2.7. Thuật toán lấp kín đường cụt .....................................................................28 2.8. Thuật toán tìm đường đi ngắn nhất (floodfill) ...........................................29 Chương 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE DÒ MÊ CUNG .......................................34 3.1. Cơ sở lý thuyết ...........................................................................................34 3.1.1. Sơ lược các loại động cơ phổ biến ......................................................34 3.1.2. Động cơ DC thường............................................................................34 3.1.3. Các phương pháp điều khiển động cơ DC cho Robot tự hành ...........36 3.2. Thiết kế cơ khí ...........................................................................................37 3.2.1. Thiết kế xe dò mê cung .......................................................................37 3.2.2. Thiết kế mê cung thực nghiệm ...........................................................40 3.3. Hệ thống điện .............................................................................................41 3.3.1. Sơ đồ khối robot dò đường .................................................................41 3.3.2. Các thành phần của hệ thống điều khiển ............................................41 3.3.3. Tổng thể kết nối giữa các module trong hệ thống ..............................50 Chương 4: GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN .............................................................53 4.1. Đặt vấn đề ..................................................................................................53 4.2. Nguyên tắc xây dựng giải thuật điều khiển cho xe ....................................53 4.3. Mảng dữ liệu lưu trữ ..................................................................................53 4.3.1. Mảng dữ liệu lưu trữ tức thời..............................................................53
vii 4.3.2. Mảng dữ liệu lưu trữ cố định ..............................................................55 4.4. Lưu đồ giải thuật ........................................................................................56 4.4.1. Giải thuật điều khiển trên vi điều khiển .............................................56 4.4.2. Giải thuật quản lí dữ liệu và vẽ mê cung ............................................59 4.5. Thiết kế giao diện mê cung bằng phần mềm matlab GUI .........................61 Chương 5: THỰC NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN VÀ KẾT LUẬN ............................63 5.1. Đánh giá .....................................................................................................63 5.1.1. Khả năng di chuyển của robot ............................................................63 5.1.2. Khả năng nhận dạng vật cản của bộ 3 cảm biến siêu âm: ..................63 5.1.3. Khả năng di chuyển trong mê cung theo thuật toán: ..........................63 5.2. Thực nghiệm ..............................................................................................64 5.2.1. Mê cung thực nghiệm .........................................................................64 5.2.2. Kết quả thực nghiệm ...........................................................................64 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ................................69 1. Những vấn đề đã làm được: ......................................................................69 2. Những vấn đề chưa làm được: ..................................................................69 3. Hướng phát triển đề tài: ............................................................................69
viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT RF: Radio Frequency. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Sơ đồ bánh xe của Robot tự hành .............................................................5 Bảng 2: Sơ đồ chân của Module MB3A ..............................................................46 Bảng 3: Sơ đồ chân của Module RF Transceiver CC1101 ..................................49 Bảng 4: Tổng hợp các chân trên của vi điều khiển nối với các chân trên các module ...........................................................................................................................50 Bảng 5 Bảng quy ước bit tường trong mảng ........................................................56
ix DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Robot SDR-4X, chết tạo năm 2003 của hãng Sony ...............................3 Hình 1.2. Robot 6 chân ..........................................................................................3 Hình 1.3. Mô hình robot 4 chân .............................................................................4 Hình 1.4. Các loại bánh xe dùng trong Robot tự hành...........................................5 Hình 1.5. Robot tự hành Rover thám hiểm sao Hoả ..............................................7 Hình 1.6. Robot cắt cỏ............................................................................................7 Hình 1.7. Robot hút bụi Trilobite ...........................................................................8 Hình 1.8. Sơ đồ cấu trúc phương pháp điều khiển có tính toán .............................8 Hình 1.9. Sơ đồ tìm đường đi của giải thuật ........................................................14 Hình 1.10. Giao diện mô phỏng mê cung ............................................................14 Hình 1.11. Giao diện (GUI) mô phỏng mê cung .................................................15 Hình 1.12. Tọa độ ảo của mê cung ......................................................................15 Hình 1.13. Robot cỡ nhỏ sử dụng trong bài báo ..................................................16 Hình 1.14. Mê cung thiết kế và mê cung thực tế .................................................16 Hình 1.15. Robot thí nghiệm ................................................................................17 Hình 1.16. Kết quả thí nghiệm .............................................................................17 Hình 1.17. Sơ đồ khối Mobile Robot ...................................................................18 Hình 1.18. Robot chạy trong mê cung .................................................................18 Hình 1.19. Hai bánh chuyển động vi sai ..............................................................19 Hình 1.20. Hai bánh truyền động phía sau ...........................................................19 Hình 1.21. Hai bánh truyền động ở giữa có điểm thứ ba tiếp xúc .......................20 Hình 2.1. Mê cung đơn kết nối ............................................................................24 Hình 2.2. Mê cung đa kết nối ...............................................................................25 Hình 2.3. Thuật toán bám theo tường ..................................................................26 Hình 2.4. Thuật toán Pledge .................................................................................27 Hình 2.5. Thuật toán Tremaux .............................................................................28 Hình 2.6. Bước 1 giải thuật lấp đường cụt ...........................................................29 Hình 2.7. Bước 2 giải thuật lấp đường cụt ...........................................................29 Hình 2.8. Bước 1 của giải thuật floodfill .............................................................30 Hình 2.9. Bước 2 của giải thuật Floodfill ............................................................31
x Hình 2.10. Bước 3 của giải thuật Floodfill ..........................................................31 Hình 2.11. Mảng val sau khi hoàn thành giải thuật .............................................32 Hình 2.12. Đường đi ngắn nhất tìm được từ giải thuật Floodfill .........................32 Hình 3.1. Cấu tạo động cơ DC .............................................................................34 Hình 3.2. Động cơ DC .........................................................................................34 Hình 3.3. Động cơ DC Servo ...............................................................................35 Hình 3.4. Cấu tạo động cơ bước ..........................................................................35 Hình 3.5. Mô hình Mobile Robot .........................................................................36 Hình 3.6. Họ đặc tính cơ của động cơ điện một chiều .........................................37 Hình 3.7. Động cơ DC Servo NF5475E ..............................................................38 Hình 3.8. Bánh xe chủ động của Robot ...............................................................38 Hình 3.9. Bánh trước của Robot ..........................................................................38 Hình 3.10. Hình chiếu bằng của Robot ................................................................39 Hình 3.11. Hình chiếu cạnh của Robot ................................................................39 Hình 3.12. Hình thực tế của Robot ......................................................................40 Hình 3.13. Các tấm foam làm tường mê cung .....................................................40 Hình 3.14. Sơ đồ khối Robot dò đường ...............................................................41 Hình 3.15. Mô phỏng lan truyền sóng siêu âm ....................................................41 Hình 3.16. Phạm vi góc hoạt động tốt nhất của Module......................................42 Hình 3.17. Module cảm biến siêu âm HC-SR04 và sơ đồ đấu dây .....................42 Hình 3.18. Biểu đồ thời gian của cảm biến siêu âm SRF-04 ..............................43 Hình 3.19. Nguyên lý TOF ..................................................................................44 Hình 3.20. Hiện tượng đọc chéo ..........................................................................44 Hình 3.21. Sự phản xạ của sóng siêu âm .............................................................45 Hình 3.22. Hiện tượng Forescasting ....................................................................45 Hình 3.23. Mạch cầu H ........................................................................................46 Hình 3.24. Sơ đồ kết nối của Module MB3A ......................................................47 Hình 3.25. Cấu tạo và ngoại vi của vi điều khiển STM32F407VGT6 ................49 Hình 3.26. Sơ đồ đấu dây của Module RF Transceiver CC1101.........................50 Hình 3.27. Sơ đồ khối mạch nguồn cho Robot ....................................................52 Hình 4.1. Sơ đồ điều khiển chương trình chính ...................................................56
xi Hình 4.2. Giải thuật đi thẳng theo tường mê cung ...............................................57 Hình 4.3. Giải thuật rẽ hướng của xe ...................................................................58 Hình 4.4. Giải thuật xác định tọa độ của xe .........................................................59 Hình 4.5. Chương trình chính trên matlab ...........................................................60 Hình 4.6. Giải thuật vẽ mê cung ..........................................................................61 Hình 4.7. Giao diện hiển thị mê cung ..................................................................62 Hình 5.1. Robot và 1 góc của mê cung ................................................................64 Hình 5.2. Mê cung chưa biết trước kích thước 8x8 .............................................64 Hình 5.3. Bản đồ mê cung sau khi chạy lần 1 ......................................................66 Hình 5.4. Bản đồ mê cung sau khi chạy lần 2 ......................................................66 Hình 5.5. Bản đồ mê cung sau khi chạy lần 3 ......................................................67 Hình 5.6. Kết quả bản đồ mê cung trên Matlab GUI ...........................................67 Hình 5.7. Kết quả thuật toán Floodfill .................................................................68
1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung Ngày nay, Robot học đã đạt được những thành tựu to lớn trong nền sản xuất công nghiệp. Những cánh tay robot có khả năng làm việc với tốc độ cao, chính xác và liên tục làm năng suất lao động tăng nhiều lần. Chúng có thể làm việc trong các môi trường độc hại như hàn, phun sơn, các nhà máy hạt nhân, hay lắp ráp các linh kiện điện tử tạo ra điện thoại, máy tính…một công việc đòi hỏi sự tỉ mỉ, chính xác cao. Tuy nhiên những robot này có một hạn chế chung đó là hạn chế về không gian làm việc. Không gian làm việc của chúng bị giới hạn bởi số bậc tự do tay máy và vị trí gắn chúng. Ngược lại, các Robot tự hành lại có khả năng hoạt động một cách linh hoạt trong các môi trường khác nhau. Robot tự hành là loại Mobile robot có khả năng tự hoạt động, thực thi nhiệm vụ mà không cần sự can thiệp của con người. Với những cảm biến, chúng có khả năng nhận biết về môi trường xung quanh. Robot tự hành ngày càng có nhiều ý nghĩa trong các ngành công nghiệp, thương mại, y tế, các ứng dụng khoa học và phục vụ đời sống của con người. Với sự phát triển của ngành Robot học, robot tự hành ngày càng có khả năng hoạt động trong các môi trường khác nhau, tùy mỗi lĩnh vực áp dụng mà chúng có nhiều loại khác nhau như robot sơn, robot hàn, robot cắt cỏ, robot thám hiểm đại dương, robot làm việc ngoài vũ trụ. Cùng với sự phát triển của yêu cầu trong thực tế, robot tự hành tiếp tục đưa ra những thách thức mới cho các nhà nghiên cứu. Vấn đề của robot tự hành là làm thế nào để robot tự hành có thể hoạt động, nhận biết môi trường và thực thi các nhiệm vụ đề ra. Vấn đề đầu tiên là di chuyển, Robot tự hành nên di chuyển như thế nào và cơ cấu di chuyển nào là sự lựa chọn tốt nhất. Điều hướng là vấn đề cơ bản trong nghiên cứu và chế tạo Robot tự hành. Trong hiệp hội nghiên cứu về Robot tự hành có 2 hướng nghiên cứu khác nhau: Hướng thứ nhất là nghiên cứu về Robot tự hành có khả năng điều hướng ở tốc độ cao nhờ thông tin thu được từ cảm biến, đây là loại robot có khả năng hoạt động ở mối trường trong phòng cũng như môi trường bên ngoài. Loại robot này yêu cầu khả năng tính toán đồ sộ và được trang bị cảm biến có độ nhạy cao, dải đo lớn để có thể điều khiển robot di chuyển ở tốc độ cao, trong những môi trường có địa hình phức tạp. Hướng thứ hai nhằm giải quyết các vấn đề về các loại robot tự hành chỉ dùng để hoạt động trong môi trường trong phòng. Loại robot tự hành này có kết cấu đơn giản hơn loại trên, thực hiện những nhiệm vụ đơn giản.
2 Bài toán dẫn hướng cho robot tự hành được chia làm 2 loại: bài toán toàn cục (global) và bài toán cục bộ (local). Ở bài toàn cục, môi trường làm việc của robot hoàn toàn xác định,đường đi và vật cản là hoàn toàn biết trước. Ở bài toán cục bộ, môi trường hoạt động của robot là chưa biết trước hoặc chỉ biết một phần. Các cảm biến và thiết bị định vị cho phép robot xác định được vật cản, vị trí của nó trong môi trường giúp nó đi tới được mục tiêu. Các vấn đề gặp phải khi điều hướng cho Robot tự hành thường không giống như các loại robot khác. Để có thể điều hướng cho Robot tự hành, quyết định theo thời gian thực phải dựa vào thông tin liên tục về môi trường thông qua các cảm biến, hoặc ở môi trường trong phòng hoặc ngoài trời, đây là điểm khác biệt lớn nhất so với kỹ thuật lập kế hoạch ngoại tuyến.Robot tự hành phải có khả năng tự quyết định về phương thức điều hướng, định hướng chuyển động để có thể tới đích thực hiện nhiệm vụ nhất định. Điều hướng cho robot tự hành là công việc đòi hỏi phải thực hiện được một số khả năng khác nhau, bao gồm : khả năng di chuyển ở mức cơ bản, ví dụ như hoạt động đi tới vị trí cho trước; khả năng phản ứng các sự kiện theo thời gian thực, ví dụ như khi có sự xuất hiện đột ngột của vật cản; khả năng xây dựng, sử dụng và duy trì bản đồ môi trường hoạt động; khả năng xác định vị trí của robot trong bản đồ đó; khả năng thiết lập kế hoạch để đi tới đích hoặc tránh các tình huống không mong muốn và khả năng thích nghi với các thay đổi của môi trường hoạt động. 1.2. Phân loại robot tự hành Robot tự hành được chia làm 2 loại chính đó là loại robot tự hành chuyển động bằng chân và robot tự hành chuyển động bằng bánh.Ngoài ra một số loại robot hoạt động trong các môi trường đặc biệt như dưới nước hay trên không trung thì chúng được trang bị cơ cấu di chuyển đặc trưng. 1.2.1. Robot tự hành di chuyển bằng chân (Legged Robot) Ưu điểm lớn nhất của loại robot này là có thể thích nghi và di chuyển trên các địa hình gồ ghề. Hơn nữa chúng còn có thể đi qua những vật cản như hố, vết nứt sâu. Nhược điểm chính của robot loại này chính là chế tạo quá phức tạp. Chân robot là kết cấu nhiều bậc tự do, đây là nguyên nhân làm tăng trọng lượng của robot đồng thời giảm tốc độ di chuyển. Các kĩ năng như cầm, nắm hay nâng tải cũng là nguyên nhân làm giảm độ cứng vững của robot. Robot loại này càng linh hoạt thì chi phí chế tạo càng cao.
3 Robot tự hành di chuyển bằng chân được mô phỏng theo các loài động vật vì thế mà chúng có loại 1 chân, loại 2,4,6 chân và có thể nhiều hơn. Dưới đây là một số loại robot điển hình chuyển động bằng chân. Hình 1.1. Robot SDR-4X, chết tạo năm 2003 của hãng Sony Hình 1.2. Robot 6 chân
4 Hình 1.3. Mô hình robot 4 chân 1.2.2. Robot tự hành di chuyển bằng bánh (Wheel Robot) Bánh xe là cơ cấu chuyển động được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ Robot tự hành. Vấn đề cân bằng thường không phải là vấn đề được chú ý nhiều trong robot di chuyển bằng bánh. Ba bánh là kết cấu có khả năng duy trì cân bằng nhất, tuy nhiên kết cấu 2 bánh cũng có thể cân bằng được. Khi robot có số bánh nhiều hơn 3 thì thông thường người ta phải thiết kế hệ thống treo để duy trì sự tiếp xúc của tất cả các bánh xe với mặt đất. Vấn đề của robot loại này là về lực kéo, độ ổn định và khả năng điều khiển chuyển động.v.v. Hình 1.2 dưới đây giới thiệu 4 loại bánh xe cơ bản được sử dụng trong Robot tự hành: a/ Bánh xe tiêu chuẩn: 2 bậc tự do, có thể quay quanh trục bánh xe và điểm tiếp xúc. b/ Bánh lái: 2 bậc tự do, có thể quay xung quanh khớp lái. c/ Bánh Swedish: 3 bậc tự do, có thể quay đông thời xung quanh trục bánh xe, trục lăn và điểm tiếp xúc.
5 Hình 1.4. Các loại bánh xe dùng trong Robot tự hành Sơ đồ bánh xe của robot tự hành 2 bánh, 3 bánh, 4 bánh và 6 bánh được liệt kê trong bảng dưới đây: Bảng 1: Sơ đồ bánh xe của Robot tự hành S ố Sắp xếp Miêu tả bánh Một bánh lái phía trước, một bánh phía sau 2 Hai bánh truyền động với trọng tâm ở bên dưới trục bánh xe. Hai bánh truyền động ở giữa và có điểm thứ 3 tiếp xúc Hai bánh truyền động độc lập ở phía sau 3 và một bánh lái ở phía trước. Hai bánh truyền động được nối với trục ở phía sau, một bánh lái ở phía trước.