Ứng dụng mạng Nơron điều khiển mobile robot di chuyển tránh vật cản

125 743 1
Ứng dụng mạng Nơron điều khiển mobile robot di chuyển tránh vật cản

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM LÊ THANH HOÀN ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DI CHUYỂN TRÁNH VẬT CẢN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành : 60520202 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN THU HÀ TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 12 năm 2012 Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TS. Nguyễn Hùng CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS. TS Trần Thu Hà (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM ngày 02 tháng 02 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) 4. TS. Nguyễn Hùng Chủ tịch hội đồng 1. PGS.TS. Bùi Xuân Lâm Phản biện 1 3. TS. Đồng Văn Hướng Phản biện 2 2. PGS.TS. Ngô Văn Dưỡng Ủy viên 5. TS. Trương Việt Anh Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). TP.HCM, Ngày 21 tháng 12 năm 2012 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ THANH HOÀN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16/05/1987 Nơi sinh: DăkLăk Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1181031015 I- TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DI CHUYỂN TRÁNH VẬT CẢN II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Chương 1: Tổng quan. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết. - Chương 3: Mô hình động học của mobile robot. - Chương 4: Thiết kế phần cứng robot. - Chương 5: Kết luận. III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/06/2012 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/12/2012 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS TRẦN THU HÀ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS.TS Trần Thu Hà TRƯ ỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM PHÒNG QLKH - ĐTSĐH C ỘNG H ÒA XÃ H ỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc 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 (Ký và ghi rõ họ tên) Lê Thanh Hoàn ii LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành Luận văn Thạc sĩ của mình, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu, phòng Quản lý khoa học – Đào tạo sau đại học, Khoa Cơ – Điện – Điện tử cùng các Giảng viên trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh đã nhiệt tình tạo điều kiện và truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt quá trình học tập cũng như hoàn thành Luận văn Thạc sĩ này. Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Thu Hà, người đã trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình hoàn thành luận văn. Với những chỉ dẫn, những tài liệu, sự tận tình hướng dẫn, những lời đôn đốc và động viên của Cô đã giúp em vượt qua nhiều khó khăn thách thức trong quá trình thực hiện luận văn này. Sau cùng, em muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình và người thân, luôn động viên, tiếp thêm sức mạnh cho em và các anh, chị trong lớp 11SMD1 đã sát cánh, cổ vũ em trên con đường tri thức. Lê Thanh Hoàn iii TÓM TẮT Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật và nhu cầu của con người trong đời sống ngày càng được nâng lên. Việc thiết kế ra những sản phẩm mang lại tiện ích cho con người cần phải đáp ứng được các nhu cầu đó. Việc xây dựng một robot tự hành có thể thay thế con người thực hiện các công việc trong các môi trường độc hại (Ví dụ: môi trường hóa chất, nhiệt độ cao, áp xuất cao, những khu vực hạn chế tầm nhìn, phóng xạ, …) là một vấn đề cấp thiết. Vấn đề đặt ra là chế tạo và làm ra mobile robot có khả năng di chuyển tránh vật cản sử dụng được trong nhiều loại môi trường. Vì vậy, trong cuốn luận văn này báo cáo đề tài “Ứng dụng mạng nơron điều khiển mobile robot tránh vật cản”. Luận văn áp dụng lý thuyết mạng nơron nhân tạo xây dựng một mobile robot di chuyển trên mặt phẳng có thể tự động cảm nhận và tránh được các chướng ngại vật. Nội dung thực hiện của luận văn gồm có 5 chương như sau: - Chương 1: Tổng quan – Giới thiệu đề tài về robot tự hành và ý nghĩa thực tiễn của nó, nhiệm vụ giới hạn của đề tài, nội dung thực hiện. - Chương 2: Tổng quan về nơron nhân tạo – Trình bày lý thuyết áp dụng trong đề tài luận văn. - Chương 3: Mô hình động học mobile robot – Giới thiệu và xây dựng mô hình toán học cho mobile robot. Chạy chương trình mô phỏng bằng phần mềm matlab và đưa ra một số kết quả mô phỏng. - Chương 4: Thiết kế phần cứng robot - Thiết kế và thi công mô hình thực nghiệm gồm: Sơ đồ nguyên lý, sơ đồ khối, lựa chọn thiết kế, thông số của đối tượng cần điều khiển, mạch vi điều khiển, mạch nguồn - Chương 5: Kết luận – Phân tích kết quả luận văn, những thuận lợi, khó khăn và hướng phát triển đề tài. iv ABSTRACT Today, with the continuous development of science and technology, human life is increasingly improved. The design of these products bring benefits to human. The construction of a self-propelled robot can replace humans perform tasks in hazardous environments (for example: environmental chemicals, high temperature, high pressure, limited vision areas, free radiation, mine, etc.). The question is how to make mobile robots capable of moving avoid obstacles used in a variety of environments. The thesis report topic "The application of neural networks to control mobile robot avoid obstacles." This thesis applies the theory of artificial neural networks; genetic algorithms to build a mobile robot moving in the plane can automatically sense and avoid obstacles. Contents of the thesis consist of five chapters as follows: - Chapter 1: Overview - Introduction to themes of self-propelled robot and its practical implications, limitations of the mandate, perform content. - Chapter 2: Overview of artificial neuron - Presentation of simulation theory applies in topics such as: artificial neural networks. - Chapter 3: Mobile robot dynamics model - Introduction and mathematical modeling for self-propelled robot. Control Solution and simulation - Make some simulation results to compare and change control methods and parameters. - Chapter 4: Design and construction - Presentation design process and construction. - Chapter 5: Conclusion - Analysis of the results of the thesis and development. v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH ix DANH MỤC CÁC BẢNG xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 2 1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 2 1.3 NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN 3 1.4. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 3 1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 3 1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7 2.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG NƠRON. 8 2.1.1. Những kiến trúc tính toán 8 2.1.2. Lịch sử phát triển của mạng nơron 9 2.1.3 Mô hình mạng nơron nhân tạo 10 2.1.4 Phân loại theo cấu trúc mạng nơron 17 2.2 ỨNG DỤNG CỦA MẠNG NƠRON TRONG ĐIỀU KHIỂN 25 2.2.1 Mạng nơron 3 lớp truyền thẳng 26 2.2.2 Mạng nơron truyền thẳng nhiều lớp 26 2.3 MỘT SỐ CẤU TRÚC MẠNG NƠRON VÀ HUẤN LUYỆN MẠNG 27 2.3.1 Mạng nơron 3 lớp lan truyền ngược 27 2.3.2 Luật học lan truyền ngược 28 vi 2.3.3 Cấu trúc mạng nơron nhiều lớp 34 2.3.4 Các hệ số học của lan truyền ngược 36 2.4. MẠNG NƠRON TRONG KĨ THUẬT ROBOT 38 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC CỦA MOBILE ROBOT 40 3.1 PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦA MOBILE ROBOT 41 3.2 GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG 45 3.2.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MOBILE ROBOT 45 3.2.2 SƠ ĐỒ SIMULINK ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT BẰNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO 45 a. Mô phỏng robot chuyển động theo quỹ đạo thiết lập trước là đường cong 49 b. Mô phỏng với quỹ đạo đặt trước là đường thẳng 52 c. Thiết lập tín hiệu đặt là đường tròn 56 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CỦA ROBOT 59 4.1 SƠ ĐỒ KHỐI ROBOT 60 4.1.1 Nguồn cung cấp cho robot 60 4.1.2 Tổng quan về vi điều khiển PIC 16F877A 61 4.1.3 Cảm biến quang E3S-AD12 74 4.1.4 Khối động lực 74 4.2. THIẾT KẾ PHẦN MỀM 75 4.3 LỰA CHỌN THIẾT KẾ 77 4.3.1 Hình dáng của robot 77 4.3.2 Động cơ 80 4.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN 81 4.4.1 Sơ đồ nguyên lý bộ nguồn cung cấp 81 4.4.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 81 4.4.3 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực 82 4.4.4 Sơ đồ nguyên lý mạch đảo chiều relay, sơ đồ nguyên lý khối sensor 82 vii 4.5 THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH 83 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 90 5.1 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI 91 5.2 ƯU VÀ KHUYẾT ĐIỂM CỦA ĐỀ TÀI 92 5.2.1 Ưu điểm 92 5.2.2 Khuyết điểm 92 5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 PHỤ LỤC 95 [...]... Mô phỏng ứng dụng mạng nơron nhân tạo để điều khiển mobile robot theo quỹ đạo cho trước - Nghiên cứu giải thuật định vị vật cản và phát hiện vật cản, điều khiển Mobile robot tránh vật cản - Thiết kế và thi công phần cứng của mobile robot với hệ thống điều khiển sử dụng công nghệ mạng nơron chuyển động tránh vật cản - Thiết kế phần mềm và thi công bộ điều khiển dùng mạng nơron trên vi điều khiển PIC16F877A... kế mobile robot ứng dụng mạng công nghệ noron điều khiển mobile robot là một vấn đề cần thiết Tác giả chọn đề tài Ứng dụng mạng nơron điều khiển mobile robot tránh vật cản 3 1.3 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN Luận văn thạc sĩ thực hiện nhiệm vụ sau : - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạng nơron để điều khiển chuyển động mobile robot Xây dựng phương trình toán học của đối tượng mobile robot tự hành - Mô phỏng ứng. .. Thức “Định vị cho mobile robot sử dụng GPS” đã khảo sát và ứng dụng GPS để điều khiển đường đi của robot đến điểm chọn trước và tránh vật cản tĩnh trên đường đến đích Đề tài chọn là ứng dụng mạng noron để điều khiển Mobile Robot tránh vật cản, chọn đường đi cho mobile robot Mô hình được thiết kế sử dụng có 6 cảm biến quang E3S-AD12 và sử dụng PIC16F877 để thiết kế bộ điều khiển cho robot 7 CHƯƠNG... Hình 2.11 Mạng Nơron 3 lớp lan truyền ngược 30 Hình 2.12 Mạng nơron truyền thẳng nhiều lớp 37 Hình 3.1 Biểu di n Mobile robot trong không gian hai chiều 40 Hình 3.2 Hệ thống điều khiển chuyển động robot di động 42 Hình 3.3 Khối tùy chỉnh mạng nơron 43 Hình 3.4 Hệ thống điều khiển mobile robot di động sử dụng mạng nơron 44 Hình 3.5 Mô hình toán của robot di động ... là động lực cho các robot địa hình và robot dịch vụ phát triển Có thể kể đến một số loại robot được quan tâm nhiều trong trên thế giới là: tay máy robot (Robot Manipulators), robot di động (Mobile Robots), robot phỏng sinh học (Bio Inspired Robots) và robot cá nhân (Personal Robots) Tay máy robot bao gồm các loại robot công nghiệp (Industrial Robot) , robot y tế (Medical Robot) và robot trợ giúp 4 người... pháp điều khiển thông minh như điều khiển sử dụng mạng nơron, logic mờ, thuật gen và các phương pháp điều khiển tự thích nghi, các phương pháp học cho robot, các hệ visual servoing… Ở nước ta lĩnh vực sử dụng mạng nơron để điều khiển mobile robot đã có nhiều đề tài nghiên cứu dưới dạng luận văn, bài báo khoa học Nhưng chỉ dừng lại ở mô phỏng hoặc đã làm được mô hình Các robot này ít được ứng dụng vào... sensor 83 Hình 4.20 Robot tránh vật cản phía trước 84 Hình 4.21 Robot tránh vật cản 1 và vật cản 2 phía trước 85 Hình 4.22 Robot tránh cùng lúc 2 vật cản phía trước 86 Hình 4.23 Robot tránh cùng lúc 3 vật cản phía trước 87 Hình 4.24 Robot tránh vật cản nằm một phí 88 Hình 4.25 Robot ứng yên khi tín hiệu hồi tiếp về báo không có đường đi 89 xii DANH MỤC CÁC BẢNG... toán lập lộ trình cho mobile robot di chuyển tránh vật cản vô định hình là một bài toán khá phức tạp, do khi tồn tại và hành động trong môi trường mobile robot sẽ phải chịu rất nhiều sự tác động khác nhau Tuy nhiên, các tính toán mạng nơron lại cho phép giải quyết tốt các bài toán có nhiều tương tác phức tạp Vì vậy, ứng dụng mạng nơron trong bài toán xác định lộ trình cho mobile robot sẽ hứa hẹn là một... và robot tự hành trên vũ trụ (Space robots) Do nhu cầu sử dụng ngày càng tăng đối với robot di động nên nó đòi hỏi phải có khả năng thích nghi linh hoạt hơn, thông minh hơn và mức độ tự động hóa cao Nên trên thế giới đã sử dụng mạng nơron trong điều khiển robot di động đã được ứng dụng rộng rãi - Aliakbar, giảng viên đại học kỹ thuật Amirkabir, Iran viết sách “Multiple Target Tracking For Mobile Robots... ra nhằm giải quyết một bài toán điều khiển đã định trước[3] Hình 2.1 Một mạng nơron đơn giản gồm hai nơron Mạng nơron bao gồm vô số các nơron được liên kết truyền thông với nhau trong mạng Hình 2.1 là một phần của mạng nơron bao gồm hai nơron Một nơron chứa đựng các thành phần cơ bản sau: Thân nơron được giới hạn trong một màng membran và trong cùng là nhân Từ thân nơron còn có rất nhiều đường rẽ nhánh . cứu thiết kế mobile robot ứng dụng mạng công nghệ noron điều khiển mobile robot là một vấn đề cần thiết. Tác giả chọn đề tài Ứng dụng mạng nơron điều khiển mobile robot tránh vật cản . 3 . 4.21 Robot tránh vật cản 1 và vật cản 2 phía trước 85 Hình 4.22 Robot tránh cùng lúc 2 vật cản phía trước 86 Hình 4.23 Robot tránh cùng lúc 3 vật cản phía trước 87 Hình 4.24 Robot tránh vật cản. ra mobile robot có khả năng di chuyển tránh vật cản sử dụng được trong nhiều loại môi trường. Vì vậy, trong cuốn luận văn này báo cáo đề tài Ứng dụng mạng nơron điều khiển mobile robot tránh

Ngày đăng: 31/07/2015, 21:28

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan