Báo cáo "Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mô hình robot điều khiển từ xa" trình bày kết quả NSKH sinh viên của nhiệm vụ “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo robot điều khiển từ xa thông qua internet” với chức năng thu thập hình ảnh và phát hiện đối tượng dựa trên hình ảnh thu thập được...
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mô hình robot điều khiển từ xa
- Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA
Giảng viên hướng dẫn: TS. Ngô Thanh Bình
Sinh viên thực hiện: Khuất Đình Chính
Phạm Anh Tuấn
Ngô Trường Long
Soklin Moeurn
Trần Ngọc Khanh
Lớp: KTĐT & THCN 2 – K59
Tóm tắt: Báo cáo này trình bày kết quả NSKH sinh viên của nhiệm vụ
“Nghiên cứu, thiết kế chế tạo robot điều khiển từ xa thông qua internet” với chức
năng thu thập hình ảnh và phát hiện đối tượng dựa trên hình ảnh thu thập được.
Kết quả thử nghiệm với mô hình robot loại nhỏ đã đáp ứng tốt các tính năng theo
như yêu cầu. Robot có thể được điều khiển trực tiếp bởi bằng tay điều khiển,
đồng thời có thể điều khiển trên giao diện website do nhóm nghiên cứu tự thiết
kế trên các thiết bị điện tử thông dụng như điện thoại hoặc máy tính với các chức
năng di chuyển cơ bản như lên, xuống, rẽ trái, rẽ phải và dừng lại. Bên cạnh đó,
Robot cũng được phát triển thêm thêm tính năng tự động di chuyển bám theo
mục tiêu mà nó nhận dạng được.
Từ khóa: Robot, điều khiển từ xa thông qua internet, phát hiện đối tượng, bám
theo mục tiêu.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, chúng ta có thể nhận thấy rằng việc sử dụng các robot điều khiển
từ xa đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển của xã hội và sự tiến bộ
của khoa học kỹ thuật công nghệ. Thực tế cho thấy rằng sự ảnh hưởng của các
robot đến đời sống hàng ngày của con người là rất lớn.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 74
- Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Các loại Robot tham gia vào quy trình sản xuất cũng như trong đời sống sinh
hoạt của con người, nhằm nâng cao năng suất lao động của dây chuyền công
nghệ, giảm giá thành sản phẩm, nâng cao chất lượng cũng như khả năng cạnh
tranh của sản phẩm tạo ra. Chúng có thể làm những công việc cần nhiều sức lực
thay con người điển hình với các các lĩnh vực cơ bản như lau dọn nhà cửa, vận
chuyển hàng hóa cho đến các lĩnh vực đòi hỏi sự phức tạp, cẩn thận hơn như dò
đường, lấy mẫu địa chất, mang vác vũ khí quân sự, ...
.
2. HỆ THỐNG
a. Cơ sở lý thuyết
Hệ thống bao gồm 3 phần chính:
− Giao diện: Webserver
− Bộ phận điều khiển: ESP32-CAM, ESP8266
− Bộ phận chấp hành: L298N, Motor
image
Thao tác user cmd
WebServer ESP32-CAM ESP8266
cmd
PWM
L298N
Motor
Hình 1: Sơ đồ khối của hệ thống
Giao diện là Webserver của ESP32-CAM có nhiệm vụ thu nhận các thao tác
của người dùng và dựa vào đó để gửi lệnh điều khiển (cmd) cho ESP32-CAM,
đồng thời thu nhận hình ảnh (image) ghi được từ ESP32-CAM và chạy chương
trình phát hiện đối tượng dựa trên mô hình đã đào tạo sẵn TensorFlow SSD-
CoCo.
ESP32-CAM có nhiệm vụ ghi lại hình ảnh và là trung gian gửi lệnh từ
Webserver cho ESP8266. ESP8266 chịu trách nghiệm chính cho việc điều khiển
bộ phận chấp hành bằng cách xuất ra xung PWM và tín hiệu điều khiển cho
module L298N. Cuối cùng L298N sẽ điều khiển tốc độ của động cơ vận hành
chuyển động robot.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 75
- Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
b. Thuật toán điều khiển
Thuật toán của Webserver
Giao diện của Webserver
Hình 1: Giao diện Webserver
− Thuật toán của websever cho chúng ta biết cách thức hoạt động của robot
tương ứng với các lệnh điều khiển của chúng ta. Ban đầu nó sẽ cần phải
load Model CoCo SSD;
− Các lệnh được gửi về ESP32-CAM tương ứng với từng nút mà chúng ta
bấm trên giao diện điều khiển của websever. Ví dụ:
o Khi chúng ta bấm nút Start Detect (phát video và chạy model),
nếu phát hiện đối tượng là con người, nó sẽ gửi đoạn dữ liệu
‘Detect person’ về cho ESP32 CAM để xử lý;
o Tương tự với các nút khác như Auto (điều khiển tự động), Manual
(điều khiển bằng tay), Up (đi thẳng), Down (đi lùi), Left (rẽ trái)
và Right (rẽ phải) thì Webserver sẽ gửi đoạn dữ liệu tương ứng với
chữ cái đầu của nút là ‘a’, ‘m’, ‘u’, ‘l’ và ‘r’.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 76
- Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Hình 3: Lưu đồ thuật toán của Webserver
Thuật toán của ESP32-CAM
− Khi ESP32-CAM được khởi động, chương trình sẽ chạy kiểm tra xem lệnh
nào đã nhận được từ Webserver. Nếu lệnh nhận được là ‘a’ hoặc ‘m’ thì sẽ
gán nó cho biến mode và in biến mode qua cổng truyền thông nối tiếp tới
ESP8266.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 77
- Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
− Với các lệnh ‘left’, ‘right’, ‘down’, ‘up’, hệ thống sẽ in ra cổng truyền
thông UART các ký tự tương ứng là ‘l’, ‘r’, ‘d’, ‘u’.
− Riêng với lệnh ‘detect person’ thì hệ thống sẽ xét mode có bằng ‘a’ hay
không, nếu đúng thì sẽ truyền tọa độ tâm của đối tượng ra cổng truyền
thông nối tiếp.
Hình 2: Lưu đồ thuật toán của ESP32-CAM
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 78
- Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Thuật toán của ESP8266
− Lưu đồ thuật toán trên thể hiện việc ESP8266 xử lý các dữ liệu mà nó nhận
được từ ESP32 CAM. Sau khi đảm bảo các yêu cầu về việc kết nối như
tốc độ baud. ESP8266 hứng dữ liệu mà nó nhận được vào biến data_rcvd .
− Nếu mode = ‘a’ thì ESP8266 thực hiện hàm làm cho xe khởi động chế độ
chạy bám theo mục tiêu bằng thuật toán PID
− Nếu mode = ‘m’ thì ESP8266 sẽ xét tiếp biến data_rcvd:
o Nếu data_rcvd nhận được ký tự ‘l’. ESP8266 lập tức thực hiện
hàm Left() và xe sẽ rẽ trái.
o Tương tự với các ký tự khác như ‘r’[Right()], ‘u’[Up()]...
Hình 3: Lưu đồ thuật toán của ESP8266
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 79
- Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
c. Thiết kế hệ thống và thử nghiệm
Hệ thống được thiết kế trên cơ sở những vật tư thiết bị thông dụng như sau:
Battery
Motor trái Out3 Out1 Motor phải
Out4 Out2
L298
In1 In2 In3 In4 EnA EnB
D5 D0 D1 D2 D6 D3
ESP8266
TX RX
RX TX
ESP32 Cam
Hình 6: Sơ đồ thiết kế của robot
Hình 7: Giao diện làm việc của Webserver và mô hình xe thử nghiệm
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 80
- Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Thử nghiệm tính năng, robot đáp ứng tốt các khả năng di chuyển thông qua sự
điều khiển của người dùng bằng các nút bấm được thiết kế trên giao diện web.
Robot có thể truyền hình ảnh về máy tính, tự động phát hiện đối tượng và truyền
thông số khoảng cách về ESP8266.
3. Kết luận
Mô hình robot điều khiển từ xa là một mô hình có rất nhiều ứng dụng trong
đời sống thực tế. Với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mô hình Robot điều
khiển từ xa” nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu và đã bước đầu thành công trong giải
mã công nghệ, phát triển phần mềm lõi của robot điều khiển từ xa thông qua
internet để đáp ứng được nhu cầu vận chuyển như việc vận chuyển hàng hóa
trong siêu thị, vận chuyển hành lý ngoài sân bay hay vận chuyển hàng hóa cho
người khuyết tật hoặc trong các điều kiện mà con người không muốn đi tới như
các khu vực hay nhà kho hóa chất, mang thuốc hay đồ ăn trong khu vực cách ly
trong bệnh viện.... theo cả hai hướng điều khiển trực tiếp qua website và tự hành.
Sản phẩm đã đáp ứng được những yêu cầu đề ra chính. Robot có khả năng di
chuyển tốt thông qua sự điều khiển của người điều khiển từ website. Bên cạnh đó
nó còn có thể truyền hình ảnh và thực hiện phát hiện đối tượng rồi tiếp tục truyền
thông số khoảng cách về bộ điều khiển phục vụ cho việc điều khiển tự động điều
khiển robot chuyển động bám đối tượng để có thể phát triển thành sản phẩm phục
vụ người khuyết tật.
4. Tài liệu tham khảo
[1]. Ngô Thanh Bình, Nguyễn Thanh Hải (2003). Bài giảng Vi xử lý. Trường
ĐH GTVT.
[2]. Ngô Thanh Bình (2016). Bài giảng Chuyên đề mới. Trường ĐH GTVT.
[3]. Ngô Thanh Bình (2016). Bài giảng Thiết kế hệ thống nhúng. Trường ĐH
GTVT.
[4]. https://www.omega.co.uk/prodinfo/pid-controllers.html
[5]. https://lastminuteengineers.com/creating-esp32-web-server-arduino-ide/
[6]. https://www.fritz.ai/object-detection/
[7]. https://www.arduino.cc/reference/en/libraries/tensorflowlite_esp32/
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 81
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
