Nội dung

www.dienvietnam.vn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ---------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: Thiết Kế Và Điều Khiển Robot Tự Hành Dò Đường Trong Mê Cung GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm SVTH: Đỗ Trường Giang 08118020 Nguyễn Phước Khánh 08118036 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2012 www.dienvietnam.vn Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo Trường Đại Học SPKT TP.HCM Khoa: Điện – Điện tử ---o0o--- Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc ---o0o--- NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Đỗ Trường Giang MSSV: 08118020 Nguyễn Phước Khánh MSSV: 08118036 Lớp: 081180B Ngành: Công Nghệ Điện Tự Động 1.Tên đề tài: Thiết Kế và Điều Khiển Robot Tự Hành Dò Đường Trong Mê Cung 2. Mục tiêu và giới hạn: Mục tiêu của đề tài là thiết kế, thi công, điều khiển robot tự hành. Robot tự hành có thể hoạt động ổn định, tự tìm đường đi đến vị trí đích đã xác định sẵn trong mê cung, có thể học nhanh chóng cách tìm đường đi khi thay đổi hình dạng mê cung, sử dụng thuật toán tìm kiếm theo chiều sâu trong trí tuệ nhân tạo. Giới hạn của đề tài, robot tự hành chỉ tìm được đường đi đến vị trí đích đã định sẵn, sử dụng thuật toán tìm kiếm theo chiều sâu trong trí tuệ nhân tạo. 3. Ngày giao đề tài: 4. Ngày hoàn thành: TPHCM, tháng n m2 2 TPHCM, tháng n m2 Giáo viên hướng d n Chủ nhiệm Bộ môn ĐKTĐ TS. Nguyễn Minh Tâm TS.Nguyễn Minh Tâm 2 www.dienvietnam.vn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Giáo viên hướng d n: TS. Nguyễn Minh Tâm Họ và tên sinh viên: Đỗ Trường Giang MSSV: 08118020 Nguyễn Phước Khánh MSSV: 08118036 Lớp: 081180B Ngành: Công Nghệ Điện Tự Động 1.Tên đề tài: Thiết Kế và Điều Khiển Robot Tự Hành Dò Đường Trong Mê Cung Nhận xét của giáo viên hướng d n: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------TPHCM, tháng n m2 Giáo viên hướng d n TS. Nguyễn Minh Tâm 2 www.dienvietnam.vn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Giáo viên phản biện: Họ và tên sinh viên: Đỗ Trường Giang MSSV: 08118020 Nguyễn Phước Khánh MSSV: 08118036 Lớp: 081180B Ngành: Công Nghệ Điện Tự Động 1.Tên đề tài: Thiết Kế và Điều Khiển Robot Tự Hành Dò Đường Trong Mê Cung Nhận xét của giáo viên phản biện: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------TPHCM, tháng n m2 Giáo viên phản biện 2 www.dienvietnam.vn Lời Cảm Ơn Để có được thành công của đề tài như ngày hôm nay, trước hết nhóm sinh viên thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy Nguyễn Minh Tâm và thầy Phạm Hoàng Thông, hai thầy đã định hướng và hỗ trợ về phương tiện, thiết bị cũng như động viên, khích lệ tinh thần làm việc của các thành viên trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Bên cạnh đó, những người thực hiện đề tài cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong Bộ môn Tự động Điều khiển nói riêng và các thầy cô giáo trong Khoa Điện-Điện Tử nói chung đã nhiệt tình giúp đỡ chúng em về các kiến thức liên quan tới lĩnh vực nghiên cứu của đề tài trong suốt thời gian thực hiện đề tài, cũng như các kiến thức mà các thầy cô đã truyền đạt cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường. Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Anh Lê Đình Cẩn và các bạn trong đội Robocon SPK – Galaxy. Trong suốt thời gian thực hiện thi công phần cơ khí của mô hình này, Anh và các bạn đã tận tình giúp đỡ về vật tư, máy móc và điều đặc biệt là anh đã trực tiếp vẽ một số chi tiết phức tạp để có được mô hình mang tính kỹ thuật và khoa học như robot hiện tại. Nhóm sinh viên thực hiện đề tài Đỗ Trường Giang Nguyễn Phước Khánh www.dienvietnam.vn Mục lục Lời Cảm Ơn ............................................................................................................... 8 Chương 1:................................................................................................................. 15 Tổng Quan ................................................................................................................. 15 . Đặt vấn đề: ........................................................................................................ 15 .2 Mục tiêu đề tài: ................................................................................................. 15 .4 Nội dung nghiên cứu: ........................................................................................ 16 1.5 Nội dung của đề tài: .......................................................................................... 16 Chương 2:................................................................................................................. 17 Cơ sở lý thuyết .......................................................................................................... 17 2. Tổng quan về trí tuệ nhân tạo: ........................................................................... 17 2.2 Không gian bài toán : ........................................................................................ 18 2.3 Chiến lược tìm kiếm : ........................................................................................ 19 2.3.2 Chiến lược tìm kiếm suy diễn lùi: .................................................................. 19 2.4 Giải thuật tìm kiếm: .......................................................................................... 19 2.4. Giải thuật tìm kiếm theo chiều rộng (Breadth_First_Search): ......................... 20 2.4.2 Giải thuật tìm kiếm theo chiều sâu (Depth First Search): ................................ 22 2.4.3 Giải thuật tìm kiếm truyền lùi ( Back Tracking search ) :................................ 23 2.5 Tìm Kiếm Heuristic:.......................................................................................... 25 2.5. Giải thuật tìm kiếm Best_First_Search: ......................................................... 25 2.5.2 Hàm đánh giá heuristic: .................................................................................. 27 Chương 3:................................................................................................................. 28 Thiết kế và thi công mô hình robot tự hành ................................................................ 28 3. Tổng quan về phần cứng Robot tự hành. ........................................................... 28 3.2 Lựa chọn thiết bị: .............................................................................................. 30 3.2.1 Lựa chọn động cơ. ...................................................................................... 30 www.dienvietnam.vn 3.2.2 Lựa chọn cảm biến: ........................................................................................ 31 3.3 Thiết kế mạch điện cho Robot: .......................................................................... 31 3.3. Giao diện TWI (I2C): ..................................................................................... 34 3.3.2 TWI trên AVR: .............................................................................................. 39 3.4 Thiết kế mạch điện tử ........................................................................................ 51 3.4.1 Mạch cảm biến dùng quang trở ...................................................................... 51 3.4.2 Mạch điều khiển động cơ ............................................................................... 51 3.4.3 Mạch giao tiếp EEPROM: .............................................................................. 55 3.4.4 Mạch giao tiếp máy tính: ................................................................................ 56 Chương 4:................................................................................................................. 57 Thuật toán điều khiển ................................................................................................ 57 4. Các phương pháp giải quyết vấn đề cơ bản:....................................................... 57 4. . Các chiến lược tìm kiếm: ................................................................................ 57 4. .2 Tìm kiếm theo chiều sâu:................................................................................ 57 4.2 Lưu đồ giải thuật tìm đường đi cho Robot: ........................................................ 59 Chương 5:................................................................................................................. 61 Kết quả thực nghiệm .................................................................................................. 61 5.1 Robot đã được thiết kế: ..................................................................................... 61 5.2 Kết quả thực nghiệm robot tìm đường: .............................................................. 62 Chương 6:................................................................................................................. 66 Kết luận và hướng phát triển đề tài ............................................................................ 66 6. Kết Luận: .......................................................................................................... 66 6.2 Hướng phát triển: .............................................................................................. 66 Tài liệu tham khảo ................................................................................................... 67 www.dienvietnam.vn Danh mục các hình Hình 2.1 Không gian trạng thái của bài toán tìm kiếm theo chiều rộng Hình 2.2 Không gian trạng thái của bài toán tìm kiếm theo chiều sâu Hình 3.1 Robot tự hành dò đường trong mê cung đã được thiết kế. Hình 3.2 Sơ đồ khối Robot tự hành Hình 3.3 Vi điều khiển ATmegaA Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc ATmega8A Hình 3.5 Mạng TWI (I2C) với nhiều thiết bị và 2 điện trở kéo lên cho SDA, SCL. Hình 3.6 Quá trình lấy m u dữ liệu nối tiếp. Hình 3.7 Mô tả các Master tạo ra START, STOP và REPEAT START. Hình 3.8 Mô tả định dạng gói dữ liệu trong TWI(I2C) Hình 3.9 Khung truyền thông thường Hình 3.10 Master truyền dữ liệu. Hình 3.11 Master nhận dữ liệu. Hình 3.12 Slave nhận dữ liệu. Hình 3.13 Slave truyền dữ liệu. Hình 3.14 Mạch cầu H Hình 3.15 Nguyên lý hoạt động của mạch cầu H Hình 3.16 Sơ đồ chân của IC L298 (phải) và IC L298 (trái) Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lý của IC L298. Hình 3.18 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ Hình 3.19 Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp EEPROM Hình 3.20 Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp máy tính Hình 4.1 Tìm kiếm theo chiều sâu Hình 5.1 Robot tự hành dò đường trong mê cung Hình 5.2 Mô phỏng mê cung www.dienvietnam.vn Hình 5.3 Lần chạy đầu tiên Hình 5.4 Lần chạy thứ 2 Hình 5.5 Lần chạy thứ 3 Hình 5.6 Lần chạy thứ 4 Hình 5.7 Lần chạy thứ 5 Hình 5.8 Lần chạy thứ 6 www.dienvietnam.vn Danh mục các bảng Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của robot tự hành Bảng 3.2 Tốc độ xung giữ nhịp tham khảo. Bảng 3.3 Các chân điều khiển của ATmega8A