際際滷

際際滷Share a Scribd company logo

paper_208

Ki棚n Trung
Ki棚n Trung
1 of 8
H畛i ngh畛 ton qu畛c l畉n th畛 2 v畛 i畛u khi畛n v T畛 畛ng ho叩 - VCCA-2013 389 VCCA-2013 Omni mobile robot tr叩nh v畉t c畉n s畛 d畛ng c畉m bi畉n camera Kinect Motion Control of Four Wheeled Omni-directional Mobile Robots to Avoid the Obstacles Using Kinect Camera Ng担 M畉nh Ti畉n1) , Phan Xu但n Minh2) , L棚 Trung Ki棚n3) , Tr畉n 畛c Hi畉u4) Ph畉m Vn Quy畉t5) Nguy畛n Ng畛c Anh6) , H Th畛 Kim Duy棚n 7) Nguy畛n Ph動董ng Nam8) 1) Vi畛n V畉t L箪, 8) Vi畛n C担ng ngh畛 v滴 tr畛 - Vi畛n Hn l但m KH&CN Vi畛t Nam; 2) ,3) ,4) ,5) 畉i h畛c B叩ch khoa H N畛i; 6) 7) 畉i h畛c C担ng nghi畛p H N畛i; e-mail: 1) nmtien@iop.vast.ac.vn, 2) minhxp-ac@mail.hut.edu.vn, 3) letrungkien.k53.hut@gmail.com, 4) hieutd123z.ac@gmail.com T坦m t畉t: C叩c nghi棚n c畛u t畉p trung vo c畉i thi畛n v tng t鱈nh linh ho畉t v kh畉 nng th鱈ch 畛ng khi lm vi畛c 畛 nh畛ng v畛 tr鱈 v c叩c 畛ng d畛ng kh叩c nhau cho robot t畛 hnh ang thu h炭t c叩c nh nghi棚n c畛u. B棚n c畉nh 畛ng d畛ng c叩c c畉i ti畉n c叩c thi畉t k畉 c董 kh鱈, c董 c畉u ch畉p hnh chuy畛n 畛ng linh ho畉t th狸 vi畛c 畛ng d畛ng m畉t m叩y v ph畉n m畛m x畛 l箪, i畛u khi畛n s畉 em l畉i cho robot t鱈nh linh ho畉t v th担ng minh. Bi b叩o tr狸nh by c叩c nghi棚n c畛u v畛 m担 h狸nh h坦a, m担 ph畛ng thu畉t to叩n i畛u khi畛n robot t畛 hnh s畛 d畛ng c董 c畉u di chuy畛n b畛n b叩nh Omni v thu畉t to叩n tr叩nh v畉t c畉n trong qu叩 tr狸nh di chuy畛n s畛 d畛ng camera Kinect c畛a Microsoft. C叩c k畉t qu畉 m担 ph畛ng v ch畉y th畛 nghi畛m cho th畉y t鱈nh linh ho畉t v c董 畛ng c畛a robot. Abstract: In recent years, researchers have concentrated on improving and increasing the flexibility and adaptation for Mobile Robots when work at the different positions and applications. Besides the application of getting better the designing of mechanics and the flexible motion of actuators, the using computer vision and processing software, the controlling will bring for Mobile Robots the more flexibility and intelligence. This paper presents the researches about modeling, simulation the control algorithm for four wheeled omni-directional Mobile Robots, and the algorithm for avoiding the obstacles using Kinect Camera of Microsoft. The results of simulation and experimental tests prove the good flexibilty and intelligence. Keywords: Mobile Robot, Kinect Camera, OpenNI, OpenCV, Nonlinear Control, Adaptive Control. K箪 hi畛u K箪 hi畛u 董n v畛 ngh挑a I 2 .g cm m担 men qu叩n t鱈nh xe Robot m g kh畛i l動畛ng xe Robot 1t 2t Nm m担 men 畛ng c董 tr叩i, ph畉i 2L cm chi畛u ngang c畛a xe Robot R cm b叩n k鱈nh c畛a b叩nh xe Robot Ch畛 vi畉t t畉t PCL Point Cloud Library MR Mobile Robot 1. 畉t v畉n 畛 Kh畉 nng di 畛ng tr棚n c叩c 畛a h狸nh kh叩c nhau lm robot c坦 nhi畛u 畛ng d畛ng h董n v c滴ng 嘆i h畛i ph畉i gi畉i quy畉t nhi畛u v畉n 畛 m畛i ph畛c t畉p h董n. C叩c nghi棚n c畛u trong th畛i gian g畉n 但y t畉p trung h董n v ph叩t tri畛n theo h動畛ng c畉i ti畉n c叩c ph動董ng ph叩p i畛u khi畛n nh畉m tng c動畛ng kh畉 nng th鱈ch nghi v th担ng minh cho robot. Ngoi v畉n 畛 i畛u khi畛n robot b叩m theo qu畛 畉o nhanh v tr董n chu, th狸 bi to叩n t狸m 動畛ng navigation (v畉 qu畛 畉o) l tr畛ng t但m c畛a c叩c nghi棚n c畛u g畉n 但y. Trong v畉n 畛 t狸m 動畛ng, bi to叩n 動畛c quan t但m nhi畛u nh畉t l bi to叩n t狸m 動畛ng v畛 鱈ch m kh担ng ch畉m vo v畉t c畉n tr棚n 動畛ng i. C坦 2 lo畉i bi to叩n t狸m 動畛ng cho robot [6,7]: Bi to叩n c畛c b畛 (local): m担i tr動畛ng lm vi畛c c畛a robot hon ton kh担ng bi畉t tr動畛c ho畉c ch畛 bi畉t m畛t ph畉n, robot hon ton nh畛 vo s畛 c畉m nh畉n m担i tr動畛ng trong qu叩 tr狸nh di chuy畛n th担ng qua c畉m bi畉n g畉n tr棚n n坦 畛 d嘆 動畛ng. Bi to叩n ton c畛c (Global): b畉n 畛 m担i tr動畛ng lm vi畛c c畛a robot hon ton 動畛c bi畉t tr動畛c, v畉n 畛 ch鱈nh ph畉i gi畉i quy畉t l t狸m 動畛ng i cho robot tr動畛c khi n坦 xu畉t ph叩t. Bi to叩n c畛c b畛 t畛 ra c坦 動u th畉, n坦 c坦 t鱈nh linh ho畉t cao nh動 c坦 th畛 tr叩nh v畉t c畉n khi v畉t 坦 di chuy畛n. Nh動畛c i畛m c畛a bi to叩n ny l robot ch畛 c畉m nh畉n m担i tr動畛ng qua c畉m bi畉n g畉n c湛ng, v狸 th畉 c坦 th畛 kh担ng hon thnh vi畛c t畛i 鱈ch m畉c d湛 c坦 動畛ng i, h董n n畛a kh担ng th畛 ch畛n ra 動畛c 動畛ng i t畛i 動u, v nh動畛c i畛m ny g畉n 但y 動畛c kh畛ng ch畉 b畉ng c叩ch thay c叩c c畉m bi畉n b畉ng c叩c camera t動董ng t畛 nh動 trang b畛 c叩c m畉t th畉n cho robot. Trong bi b叩o ny, ch炭ng t担i tr狸nh by v畛 m担 h狸nh h坦a v m担 ph畛ng 畛i t動畛ng Omni mobile robot s畛 d畛ng 4 b叩nh di chuy畛n a h動畛ng, c叩c thu畉t to叩n i畛u khi畛n b叩m qu畛 畉o cho robot, c叩c nghi棚n c畛u s畛 d畛ng camera Kinect 畛 ph叩t hi畛n v t狸m th担ng s畛 v畉t c畉n 畛ng d畛ng th動 vi畛n m達 ngu畛n m畛 OpenNI v PCL, v thu畉t to叩n tr叩nh v畉t c畉n 畛ng d畛ng h畛 s畛 ki畛n r畛i r畉c 畛 ph但n t鱈ch v l畉p tr狸nh cho Robot. Bi b叩o bao g畛m 7 ph畉n, sau ph畉n gi畛i thi畛u, trong ph畉n th畛 2, m担 h狸nh h坦a v ph辿p chuy畛n 畛i n坦 sang c畉u tr炭c mong mu畛n 動畛c 動a ra. Ph畉n 3 m担 t畉 m畛t
H畛i ngh畛 ton qu畛c l畉n th畛 2 v畛 i畛u khi畛n v T畛 畛ng ho叩 - VCCA-2013 390 VCCA-2013 gi畉i ph叩p i畛u khi畛n phi tuy畉n d畛a tr棚n Hm Lyapunov 畛 畛n 畛nh ti畛m c畉n h畛 k鱈n. Trong ph畉n 4 gi畛i thi畛u c畉m bi畉n Kinect v 畛ng d畛ng trong bi to叩n mobile robot tr叩nh v畉t c畉n. Ph畉n 5 c坦 畛 xu畉t m畛t thu畉t to叩n 畛 tr叩nh v畉t c畉n. C叩c k畉t qu畉 th畛 nghi畛m th畛c t畉 動畛c tr狸nh by trong ph畉n 6 v ph畉n k畉t lu畉n l c叩c nh畉n x辿t t坦m t畉t. 2. M担 h狸nh h坦a Omni mobile robot Omni mobile robot g畛m 4 b叩nh omni 動畛c truy畛n 畛ng 畛c l畉p v 動畛c 畉t vu担ng g坦c v畛i nhau nh動 h狸nh H. 1: H. 1 Ph畛i c畉nh v h畛 tr畛c t畛a 畛 Omni mobile robot H狸nh v畉 H.1 th畛 hi畛n ton b畛 h畛 th畛ng m担 h狸nh th畛c t畉, c畉u tr炭c v k鱈ch th動畛c, 動畛c g畉n v畛i h畛 t畛a 畛 c畛 畛nh w w wO x y v h畛 t畛a 畛 畛ng m m mO x y c坦 g畛c 動畛c 畉t vo tr畛ng t但m xe robot. G坦c 畉i di畛n cho g坦c quay c畛a xe c坦 chi畛u d動董ng ng動畛c h動畛ng kim 畛ng h畛, v c滴ng l g坦c gi畛a h畛 t畛a 畛 chuy畛n 畛ng v h畛 t畛a 畛 c畛 畛nh. L l kho畉ng c叩ch gi畛 tr畛ng t但m xe v t但m b叩nh xe. 1T , 2T , 3T , v 4T l c叩c l畛c 動畛c sinh ra b畛i c叩c b叩nh xe, r ch畛 b叩n k鱈nh m畛i b叩nh xe. D畛a vo ph動董ng ph叩p 動畛c 畛 xu畉t b畛i, ta c坦 m担 h狸nh 畛ng h畛c ng動畛c c畛a 畛i t動畛ng Omni mobile robot 動畛c x但y d畛ng tr棚n h畛 t畛a 畛 c畛 畛nh nh動 sau [3,4,5]: 1 1 2 2 3 3 4 4 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ( )). ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) v t r t x t v t r t v t P t y t v t r t t v t r t w w q w q w 辿 湛 辿 湛 棚 炭 棚 炭 辿 湛 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭= = =棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 谷 短 棚 炭 棚 炭谷 短 谷 短 (1) Trong 坦: sin( ) cos( ) cos( ) sin( ) ( ( )) sin( ) cos( ) cos( ) sin( ) L L P t L L q q q q q q q q q 辿 湛- 棚 炭 棚 炭- -棚 炭= 棚 炭-棚 炭 棚 炭 棚 炭谷 短 (2) 畛 箪 r畉ng, m畉c d湛 ma tr畉n ( ( ))P t l suy bi畉n v畛i b畉t k畛 g坦c , nh動ng ma tr畉n 畉o tr叩i c畛a n坦 c坦 th畛 t狸m th畉y, v畛i # ( ( )). ( ( ))P t P t Iq q = : # sin( ) cos( ) sin( ) cos( ) 2 2 2 2 cos( ) sin( ) cos( ) sin( ) ( ( )) 2 2 2 2 1 1 1 1 4 4 4 4 P t L L L L q q q q q q q q q 辿 湛- - 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭- - = 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭谷 短 (3) i畛u khi畛n b叩m qu畛 畉o v畛i m担 h狸nh 畛ng h畛c (1), ph畉n ny 動畛c dnh 畛 thi畉t k畉 b畛 i畛u khi畛n 畛ng h畛c 畛 畉t 動畛c b叩m qu畛 畉o cho 畛i t動畛ng Omni mobile robot. Kh担ng gi畛ng nh動 lo畉i non-holonomic mobile robot [2, 6] truy畛n th畛ng, qu畛 畉o c畛a Omni mobile robot c坦 th畛 kh担ng 動畛c suy ra t畛 m担 h狸nh 畛ng h畛c. M畛c ti棚u i畛u khi畛n l t狸m 動畛c v辿c-t董 v畉n t畛c g坦c 1 2 3 4( ) ( ) ( ) ( ) T t t t t 件 刻 畛 l叩i xe b叩m theo qu畛 畉o 畉t mong mu畛n ( ) ( ) ( ) T d d dx t y t t縁 刻 . 畛nh ngh挑a v辿c t董 sai l畛ch gi畛a gi叩 tr畛 hi畛n t畉i v mong mu畛n: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) e d e d e d x t x t x t y t y t y t t t tq q q 辿 湛 辿 湛辿 湛 棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭 棚 炭棚 炭= -棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭 棚 炭棚 炭 谷 短谷 短 谷 短 (4) Do 坦, 1 2# 3 4 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ( )). ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) e d d e d d e d d r t x t x t x t x t r t y t y t y t P t y t r t t t t t r t w w q w q q q q w 辿 湛 棚 炭辿 湛 辿 湛 辿 湛辿 湛 棚 炭棚 炭 棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭 棚 炭棚 炭= - = -棚 炭棚 炭 棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭谷 短谷 短 谷 短 谷 短 棚 炭谷 短 (5) M畛c ti棚u i畛u khi畛n l t狸m 動畛c vec-t董 v畉n t畛c g坦c c畛a c叩c 畛ng c董, t動董ng 畛ng v畛i h畛 sai l畛ch v嘆ng k鱈n 畛n 畛nh ti畛m c畉n ton c畛c. T畛 坦, lu畉t b叩m qu畛 畉o 動畛c nh動 sau [3]: 01 2 3 0 4 0 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 ( ( )) . ( ) . ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) t e e dt P e I e d e d t e x d t x t x t t P t K y t K y d y t t r t t t d t t w w q t t w q q w q t t 脱 旦辿 湛 歎巽 棚 炭 歎巽巽 棚 炭巽巽辿 湛 棚 炭巽棚 炭 棚 炭辿 湛 辿 湛巽巽棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭巽巽棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭= - - +巽棚 炭 巽 棚 炭棚 炭 棚 炭巽棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭巽巽棚 炭 谷 短 谷 短棚 炭巽棚 炭 巽 棚 炭谷 短 巽巽 棚 炭巽 棚 炭巽巽竪 淡谷 短 嘆 嘆 嘆 歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎 (6) Trong 坦, c叩c ma tr畉n PK , IK 畛i x畛ng v x叩c 畛nh d動董ng, 1 2 3{ , , } 0T P P P P PK diag K K K K= = > , 1 2 3{ , , } 0T I I I I IK diag K K K K= = > . Thay (6) vo (5) d畉n 畉n h畛 sai l畛ch v嘆ng k鱈n: 0 0 0 ( ) ( ) ( ) ( ) . ( ) . ( ) ( ) ( ) ( ) t e e e t e P e I e e e t e x d x t x t y t K y t K y d t t d t t t t q q q t t 辿 湛 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭辿 湛 辿 湛 棚 炭棚 炭 棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭= - - 棚 炭棚 炭 棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭 谷 短 谷 短 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 谷 短 嘆 嘆 嘆 (7) C叩c b畛 i畛u khi畛n phi tuy畉n thi畉t k畉 b畛i hm Lyapunov l nh畛ng gi畉i ph叩p 董n gi畉n nh畉t nh動ng c滴ng thnh c担ng nh畉t trong vi畛c 畛n 畛nh 畛ng h畛c [1,8]. 畛 畛n 畛nh ti畛m c畉n cho h畛 sai l畛ch v嘆ng k鱈n, hm Lyapunov 動畛c ch畛n nh動 sau:
H畛i ngh畛 ton qu畛c l畉n th畛 2 v畛 i畛u khi畛n v T畛 畛ng ho叩 - VCCA-2013 391 VCCA-2013 [ ]1 0 0 0 0 0 0 ( ) 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 ( ) ( ) 1 ( ) ( ) ( ) . . ( ) 2 ( ) e e e e e e t e t t t t e e e I e t e x t V t x t y t t y t t x d x d y d d K y d d q q t t t t t t q t t t t q t t 辿 湛 棚 炭 棚 炭= +棚 炭 棚 炭 谷 短 辿 湛 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 辿 湛 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭谷 短 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 谷 短 嘆 嘆 嘆 嘆 嘆 嘆 (8) L畉y 畉o hm theo th畛i gian hm 1( )V t , 畉t 動畛c: 1 0 0 0 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) . ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) . . ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) . . ( ) 0 ( ) e e e e e e t t t e e e e I e e e e e e P e e x t V t x t y t t y t t x t x d y d d K y t t x t x t y t t K y t t 削 刻 削 刻 削 削 削 削 削 種 刻 削 (9) Hm 1( )V t l b叩n x叩c 畛nh 但m, theo b畛 畛 Barbalat [1] suy ra: [ ] [ ]( ) ( ) ( ) 0 0 0 T T e e ex t y t tq , khi t 促 i畛u ny ch畛ng t畛, h畛 sai l畛ch v嘆ng k鱈n i畛u khi畛n b叩m qu畛 畉o l 畛n 畛nh ti畛m c畉n. V lu畉t i畛u khi畛n (6) 動畛c th畛a m達n. Ti畉n hnh m担 ph畛ng v畛i qu畛 畉o h狸nh elip cho tr動畛c, nh畉m ki畛m ch畛ng b畛 i畛u khi畛n 動畛c 畛 xu畉t (6) l叩i xe robot b叩m ch鱈nh x叩c qu畛 畉o 畉n m畛c 畛 no. K畉t qu畉 畉t 動畛c nh動 sau: H. 2 M担 ph畛ng b叩m qu畛 畉o l 動畛ng elip 3. S畛 d畛ng Kinect v OpenNI, PCL m担 h狸nh t畛a 畛 v畉t c畉n 3D 3.1 Gi畛i thi畛u camera Kinect Camera Kinect l s畉n ph畉m c畛a Microsoft d畛a tr棚n c担ng ngh畛 camera 動畛c ph叩t tri畛n b畛i PrimeSense. M畛c 鱈ch c畛a vi畛c s畛 d畛ng c畉m bi畉n camera Kinect l thu v畛 b畉n 畛 畛 s但u (Depth map) t畛 坦 kh担i ph畛c m担i tr動畛ng tr動畛c mobile robot d動畛i d畉ng 3D nh畉m ph叩t hi畛n, 畛ng th畛i t鱈nh to叩n c叩c tham s畛 c畛a v畉t c畉n. B畉n 畛 畛 s但u ch畛a t畉p h畛p c叩c i畛m 畉nh, m畛i i畛m 畉nh ch畛a th担ng tin v畛 t畛a 畛 c畛a n坦 trong h畛 t畛a 畛 g畉n v畛i Kinect. Nh畛ng i畛m c坦 kho畉ng c叩ch g畉n nhau c坦 xu h動畛ng c湛ng m畛t 畛i t動畛ng m kh担ng ph但n bi畛t m畉u s畉c. Ch畛 khi 畛 s但u gi畉m 畛t ng畛t nh動 畛 c畉nh v 畛 m畛t s畛 ph畉n nh畛 c畛a 畛i t動畛ng th狸 khi 坦, h狸nh 畉nh tr棚n b畉n 畛 畛 s但u m畛i c坦 s畛 thay 畛i. Do 坦 b畉n 畛 畛 s但u gi炭p vi畛c nh畉n d畉ng v畉t th畛 董n gi畉n h董n x畛 l箪 畉nh th担ng th動畛ng. H. 3 H狸nh 畉nh th畛c t畉 c畉m bi畉n camera Kinect 3.2 Th動 vi畛n x畛 l箪 畉nh OpenNI v PCL OpenNI v PCL l 2 b畛 th動 vi畛n m達 ngu畛n m畛 動畛c ch炭ng t担i l畛a ch畛n 畛 l畉p tr狸nh x畛 l箪 畉nh thu 動畛c t畛 camera Kinect. M畛c 鱈ch c畛a b畛 th動 vi畛n OpenNI l thu v畛 b畉n 畛 畛 s但u mang th担ng tin v畛 kho畉ng c叩ch c叩c v畉t th畛 trong kh担ng ph鱈a tr動畛c Kinect. B畛 th動 vi畛n PCL ch畛a c叩c hm x畛 l箪 b畉n 畛 畛 s但u t畛 坦 ph叩t hi畛n v t鱈nh to叩n th担ng s畛 v畉t c畉n. 3.3 M担 h狸nh v畉t c畉n 3D V畉t c畉n 畛 ph鱈a tr動畛c Mobile Robot 動畛c x叩c 畛nh b畉ng t畛a 畛 trong h畛 tr畛c g畉n vo tr畛ng t但m mobile robot. V狸 v畉y c畉n chuy畛n 畛i tr畛c t畛a 畛 t畛 t畛a 畛 m畉c 畛nh c畛a Kinect v畛 h畛 tr畛c t畛a 畛 g畉n v畛i tr畛ng t但m mobile robot. T畛a 畛 m畉c 畛nh c畛a Kinect bi畛u di畛n nh動 h狸nh H.4 [6,7]. H. 4 T畛a 畛 m畉c 畛nh c畛a Kinect Do Kinect 畉t 畛 ph鱈a tr棚n tr畛ng t但m robot m畛t o畉n h v h動畛ng xu畛ng d動畛i m畛t g坦c 留, do 坦 ta quay h畛 tr畛c quanh tr畛c x r畛i t畛nh ti畉n theo tr畛c z xu畛ng d動畛i m畛t o畉n h. Ma tr畉n c畛a ph辿p chuy畛n h畛 tr畛c thu 動畛c l [7]: 1 0 0 0 0 cos( sin( ) 0 0 sin( ) cos( ) 0 0 ) 0 1 T h a a a a 辿 湛 棚 炭 棚 炭 棚 炭= 棚 炭- -棚 炭 棚 炭 棚 炭谷 短 (10) Qu叩 tr狸nh x畛 l箪 d畛 li畛u 畛 ph叩t hi畛n v畉t c畉n 動畛c bi畛u di畛n nh動 H.4. H. 5 Qu叩 tr狸nh x畛 l箪 b畉ng th動 vi畛n OpenNI v PCL. K畉t qu畉 c畛a qu叩 tr狸nh x畛 l箪 l c叩c nh坦m i畛m 畉i di畛n cho v畉t th畛 (object clusters). M畛i nh坦m i畛m 畛u ch畛a 畉y 畛 c叩c th担ng tin v畛 t畛a 畛 c叩c i畛m
H畛i ngh畛 ton qu畛c l畉n th畛 2 v畛 i畛u khi畛n v T畛 畛ng ho叩 - VCCA-2013 392 VCCA-2013 thu畛c v畉t c畉n trong kh担ng gian 3D. V狸 v畉y th担ng tin v畛 v畉t c畉n l hon ton x叩c 畛nh. H. 6 K畉t qu畉 x畛 l箪 ph叩t hi畛n v畉t c畉n. 4. Thu畉t to叩n tr叩nh v畉t c畉n cho Omi mobile robot Gi畉i thu畉t tr叩nh v畉t c畉n 動畛c m担 t畉 b畉ng m畛t h畛 s畛 ki畛n r畛i r畉c nh動 H.7 H. 7 H畛 s畛 ki畛n r畛i r畉c m担 t畉 thu畉t to叩n tr叩nh v畉t c畉n H. 8 H畛 s畛 ki畛n r畛i r畉c m担 ph畛ng thu畉t to叩n tr叩nh v畉t c畉n H. 9 B畛 i畛u khi畛n m担 ph畛ng b畉ng ph畉n m畛m UPPAAL H畛 s畛 ki畛n r畛i r畉c tr棚n 動畛c m担 ph畛ng b畉ng ph畉n m畛m UPPAL. Tr畉ng th叩i ban 畉u c畛a h畛 l Start. 畛 tr畉ng th叩i ny, robot s畉 nh畉n c叩c gi叩 tr畛 畉t c畛a t畛a 畛 鱈ch. H. 10 Tr畉ng th叩i quay v畛 鱈ch c畛a Robot Tr畉ng th叩i quay v畛 鱈ch 動畛c 畉t 畉n sau khi kh畛i ch畉y ho畉c sau khi 達 v動畛t qua v畉t c畉n. M畛c 鱈ch c畛a vi畛c ny l h動畛ng robot v畛 鱈ch 畛 sau 坦 robot c坦 th畛 ti畉n th畉ng v畛 鱈ch. Gi畉 s畛 robot ang 畛 v畛 tr鱈 c坦 t畛a 畛 O ( , )t tx y v g坦c c畛a h動畛ng xe so v畛i tr畛c ox l q . T畛a 畛 鱈ch l T ( , )t tx y . Khi 坦 c畉n quay robot m畛t g坦c j 畛 h動畛ng robot v畛 鱈ch ta x叩c 畛nh g坦c quay nh動 sau: ta th畉y r畉ng, g坦c j ch鱈nh l g坦c gi畛a vector ch畛 h動畛ng c畛a xe u v vector 'v O T= 居居居居 . Trong 坦: (cos ,sin )u q q= ( ),tar t tar tyv yx x- -= 2 2 . os( ) cos( , ) . cos ( ) sin ( ) ( ) ( ) tar t tar t tar ttar t u v c u v u v x y x y y x yx q q- = = = + - + - - 駕 (11) Chi畛u quay x叩c 畛nh b畉ng v畛 tr鱈 t動董ng 畛i c畛a i畛m 鱈ch T v 動畛ng th畉ng d ch畛a vector u . 動畛ng th畉ng d chia m畉t ph畉ng thnh 2 ph畉n l ph畉n tr棚n v ph畉n d動畛i. 2 2 p p q- < < : N畉u T n畉m 畛 m畉t ph畉ng d動畛i th狸 quay sang ph畉i, ng動畛c l畉i quay sang tr叩i. (tr動畛ng h畛p gi畛ng h狸nh 2) 3 2 2 p p q< < : N畉u T n畉m 畛 m畉t ph畉ng d動畛i th狸 quay sang tr叩i, ng動畛c l畉i quay sang ph畉i. Sau khi quay v畛 鱈ch robot s畉 x叩c 畛nh c坦 v畉t c畉n ph鱈a tr動畛c hay kh担ng nh畉m 動a ra c叩c quy畉t 畛nh ph湛 h畛p.
H畛i ngh畛 ton qu畛c l畉n th畛 2 v畛 i畛u khi畛n v T畛 畛ng ho叩 - VCCA-2013 393 VCCA-2013 H. 11 V湛ng kh担ng gian ph鱈a tr動畛c robot. 畛 d畛 dng cho vi畛c x叩c 畛nh v畛 tr鱈 t動董ng 畛i c畛a v畉t c畉n so v畛i robot, v湛ng kh担ng gian ph鱈a tr動畛c robot 動畛c ph但n chia nh動 H.9. D畛 nh畉n th畉y v畛 tr鱈 t動董ng 畛i c畛a v畉t c畉n so v畛i robot bao g畛m c叩c tr動畛ng h畛p: + V畉t c畉n n畉m hon ton 畛 v湛ng T ho畉c P. + V畉t c畉n n畉m gi畛a v湛ng T v G. + V畉t c畉n n畉m hon ton 畛 G. + V畉t c畉n n畉m gi畛a G v P. + V畉t c畉n n畉m 畛 c畉 3 v湛ng G, T, P. V畛i tr動畛ng h畛p v畉t c畉n n畉m hon ton 畛 v湛ng T ho畉c P, robot i th畉ng do 畉m b畉o i畛u ki畛n kh担ng va ch畉m v畛i v畉t c畉n. Tr動畛ng h畛p v畉t c畉n n畉m gi畛a T v G 動畛c bi畛u di畛n nh動 H.10. Khi 坦 minx R< - v maxR x R- < < . Robot s畉 quay sang ph畉i m畛t g坦c 畛 tr叩nh v畉t c畉n. 畛 畉m b畉o l nh畛 nh畉t, t畛 i畛m M thu畛c v畉t c畉n. D畛ng ti畉p tuy畉n MN v畛i 動畛ng tr嘆n an ton. Khi 坦 g坦c 0 90a q= - v畛i arctan( )m n m n y x y x q - - = Do N ( , )n nx y thu畛c 動畛ng tr嘆n t但m O b叩n k鱈nh R n棚n: 2 2 2 n nx y R+ = (12) M畉t kh叩c ON MN suy ra: ( ) ( ) 0n m n n m nx x y yx y- + - = (13) Gi畉i h畛 (12) v (13) ta 動畛c: 2 2 2 2 'm n m m m n n n x x x R y x y R y x - = + - 狸誰 D誰誰誰誰誰鱈 誰誰 樽 =誰誰誰誰 (14) ho畉c 2 2 2 2 'm n m m m n n n R y x x x x x R y y = + - 狸誰 + D誰誰誰誰誰鱈 誰誰 樽 =誰誰誰誰 (lo畉i) Do quay v畛 b棚n tr叩i n棚n ta ch畛n nghi畛m c坦 gi叩 tr畛 nx nh畛 h董n. H. 12 V畉t c畉n n畉m gi畛a v湛ng T v G T鱈nh to叩n hon ton t動董ng t畛 畛i v畛i v畉t c畉n n畉m gi畛a v湛ng P v G. Khi 坦 robot s畉 quay m畛t g坦c sang tr叩i. Khi 坦 ta c坦 minR Rx- < < v maxx R> . T鱈nh to叩n hon ton t動董ng t畛 tr動畛ng h畛p n畉m 畛 v湛ng T v G ta thu 動畛c: 0 90a q= - arctan( )m n m n y x y x q - - = 2 2 2 2 'm n m m m n n n R y x x x x x R y y = + - 狸誰 + D誰誰誰誰誰鱈 誰誰 樽 =誰誰誰誰 (15) Tr動畛ng h畛p v畉t c畉n n畉m hon ton trong v湛ng G. Khi 坦 min m RR x x ax<- << . D動畉 vo i畛m gi畛a v畉t c畉n n畉m c坦 x>0 hay x<0 m quy畉t 畛nh cho Robot quay tr叩i hay quay ph畉i. G坦c quay trong tr動畛ng h畛p quay tr叩i ho畉c quay ph畉i hon ton gi畛ng v畛i t鱈nh to叩n 畛 tr棚n. Tr動畛ng h畛p v畉t n畉m 畛 c畉 3 v湛ng T,P,G. T動董ng t畛 nh動 c叩c tr動畛ng h畛p tr棚n, ta x辿t gi叩 tr畛 x_tb l trung b狸nh c畛a 2 gi叩 tr畛 minx v maxx . N畉u 0tbx < th狸 v畉t c畉n l畛ch tr叩i suy ra c畉n quay ph畉i. T動董ng t畛 0tbx > quay tr叩i. Sau khi 達 quay m畛t g坦c Robot s畉 ti畉n v畛 ph鱈a tr動畛c m畛t o畉n an ton 畛 畉m b畉o tr叩nh v畉t c畉n. o畉n an ton ch鱈nh b畉ng kho畉ng c叩ch: ' ' 'tO O O H R= + (16) Trong 坦: 2 2 2 2 2 ' ' max max O H O N NH x y R = - = + - (17) V畉y kho畉ng c叩ch an ton c畉n ph畉i i l: 2 2 2 p max maxx Rd R y+ -= + (18)
H畛i ngh畛 ton qu畛c l畉n th畛 2 v畛 i畛u khi畛n v T畛 畛ng ho叩 - VCCA-2013 394 VCCA-2013 H. 13 V畉t c畉n n畉m hon ton trong v湛ng G H. 14 i m畛t o畉n an ton v畛 b棚n ph畉i, ho畉c b棚n tr叩i T鱈nh to叩n hon ton t動董ng t畛 v畛i tr動畛ng h畛p i m畛t o畉n an ton v畛 b棚n tr叩i v畉t c畉n trong 坦 i畛m N 畛 tr動畛ng h畛p ny c坦 t畛a 畛 ,( )min maxN yx . Nh動 v畉y kho畉ng c叩ch an ton c畉n i v畛 b棚n tr叩i v畉t c畉n s畉 l: 2 min 2 2 t maxd y RR x + -= + (19) 5. X但y d畛ng v ch畉y th畛 nghi畛m Omni mobile robot tr叩nh v畉t c畉n Ph畉n c畛ng c畛a c畛a h畛 Omni mobile robot g畛m hai ph畉n ch鱈nh: + Ph畉n 1: x畛 l箪 畉nh d畛a vo chu畛i h狸nh 畉nh thu 動畛c t畛 camera Kinect 畛 nh畉n d畉ng v t鱈nh to叩n v畛 tr鱈 c畛a v畉t c畉n. + Ph畉n 2: l ph畉n i畛u khi畛n, d畛a vo th担ng s畛 v畛 tr鱈 v畉t c畉n nh畉n 動畛c, 畛ng d畛ng thu畉t to叩n tr叩nh v畉t c畉n, t鱈nh to叩n t鱈n hi畛u i畛u khi畛n robot di chuy畛n v畛 鱈ch m kh担ng tr叩nh v畉t c畉n v畛i v畉n t畛c l畛n nh畉t v qu達ng 動畛ng ng畉n nh畉t. Trong h畛 th畛ng ny ngoi b畛 vi x畛 l箪 chung l m叩y t鱈nh Laptop c嘆n c坦 m畛t kh畛i giao ti畉p 畛 th畛c hi畛n b畉t tay gi畛a camera, c董 c畉u ch畉p hnh v m叩y t鱈nh. 畛 叩p 畛ng 畛 y棚u c畉u v畛 kh畉 nng i畛u khi畛n c董 c畉u ch畉p hnh v v畛a c坦 kh畉 nng x畛 l箪, ch畛ng nhi畛u t畛t nh坦m t叩c gi畉 s畛 d畛ng vi i畛u khi畛n ARM Cortext-M3 LM3S8971c畛a h達ng Texas Instruments v狸 n坦 c坦 畉y 畛 t鱈nh nng, t畛c 畛 t鱈nh to叩n v c坦 kh畉 nng ch畛ng nhi畛u t畛t. C畉u tr炭c thi畉t k畉 ph畉n c畛ng c坦 hai l畛a ch畛n t湛y lo畉i 畛ng d畛ng: c坦 th畛 t鱈ch h畛p b畛 x畛 l箪 trung t但m (畛 但y d湛ng m叩y t鱈nh PC Laptop) ngay tr棚n mobile robot, v c畉u tr炭c th畛 hai l 畛 b畛 x畛 l箪 trung t但m ny t畉i tr畉m i畛u khi畛n, l炭c 坦 b畛 i畛u khi畛n trung t但m s畉 giao ti畉p v畛i camera v b畛 vi i畛u khi畛n c董 c畉p ch畉p hnh qua m畉ng kh担ng d但y RF. H. 15 C畉u tr炭c t畛ng th畛 ph畉n c畛ng khi g畉n li畛n b畛 x畛 l箪 trung t但m tr棚n xe Robot H. 16 Giao di畛n i畛u khi畛n C叩c k畉t qu畉 ch畉y th畛 nghi畛m Omni mobile robot tr叩nh v畉t c畉n: Omni mobile robot trong bi b叩o 動畛c th畛 nghi畛m 畛 m担i tr動畛ng trong nh, v畉t c畉n l c叩c 畛 v畉t xu畉t hi畛n ng畉u nhi棚n trong qu叩 tr狸nh di chuy畛n. C叩c tr動畛ng h畛p th畛 nghi畛m bao g畛m: + Robot t狸m v畛 鱈ch m tr棚n 動畛ng i kh担ng c坦 v畉t c畉n + Robot t狸m v畛 鱈ch m tr棚n 動畛ng i c坦 m畛t v畉t c畉n. + Robot t狸m v畛 鱈ch m tr棚n 動畛ng i c坦 nhi畛u v畉t c畉n. K畉t qu畉 sau khi th畛 nghi畛m l robot t狸m 畉n 鱈ch m kh担ng g但y va ch畉m (xem h狸nh H.18, H.19). Sai s畛 t畛a 畛 khi robot 畉n 鱈ch 畛 m畛c ch畉p nh畉n 動畛c.
H畛i ngh畛 ton qu畛c l畉n th畛 2 v畛 i畛u khi畛n v T畛 畛ng ho叩 - VCCA-2013 395 VCCA-2013 H. 17 L動u 畛 thu畉t to叩n 6. K畉t Lu畉n Bi b叩o 達 tr狸nh by v畛 m担 h狸nh h坦a v m担 ph畛ng Omi mobile mobot s畛 d畛ng 4 b叩nh Omni di chuy畛n a h動畛ng, c叩c thu畉t to叩n i畛u khi畛n b叩m qu畛 畉o cho robot, c叩c nghi棚n c畛u s畛 d畛ng Kinect 畛 ph叩t hi畛n v t狸m th担ng s畛 v畉t c畉n 畛ng d畛ng th動 vi畛n m達 ngu畛n m畛 OpenNI v PCL, v thu畉t to叩n tr叩nh v畉t 畛ng d畛ng h畛 s畛 ki畛n r畛i r畉c 畛 ph但n t鱈ch v l畉p tr狸nh cho robot. Ch炭ng t担i 達 x但y d畛ng, l畉p r叩p v th畛 nghi畛m thu畉t to叩n tr叩nh v畉t c畉n cho Omni mobile robot, c叩c k畉t qu畉 cho th畉y 動畛c s畛 ho畉t 畛ng linh ho畉t c畛a robot v cho th畉y s畛 ph畉n 畛ng t畛t c畛a robot khi g畉p v畉t c畉n 炭ng v畛i thu畉t to叩n 達 x但y d畛ng. Tuy c滴ng c嘆n m畛t s畛 nh動畛c i畛m: c董 c畉u c董 kh鱈 ch動a 動畛c ch鱈nh x叩c cao, ph畉n m畛m thi畉t k畉 tr棚n m叩y t鱈nh d湛ng 畛 x畛 l箪 d畛 li畛u t畛 Kinect g畛i v畛 y棚u c畉u c畉u h狸nh m叩y t鱈nh cao, n畉u 畛 trong m担i tr動畛ng nhi畛u v畉t th畛 ph畛c t畉p th狸 qu叩 tr狸nh x畛 l箪 ch畉m v狸 v畉y kh担ng 畉m b畉o t鱈nh th畛i gian th畛c. H動畛ng ph叩t tri畛n ti畉p theo l c畉i ti畉n v畛 c董 c畉u c董 kh鱈, khai th叩c th棚m c叩c ch畛c nng c畛a c畉m bi畉n Kinect nh動 ch畛c nng nh畉n di畛n gi畛ng n坦i, nh畉n di畛n c畛 ch畛 nh畉m ph叩t tri畛n Omni mobile robot ngy cng hon thi畛n v 畉y 畛 ch畛c nng 畛 c坦 th畛 s畛 d畛ng trong 畛i s畛ng. Ti li畛u tham kh畉o [1]. Nguy畛n Do達n Ph動畛c, L箪 thuy畉t i畛u khi畛n n但ng cao, NXB Khoa h畛c k畛 thu畉t, 2009. [2]. Ng担 M畉nh Ti畉n, Phan Xu但n Minh, Nghi棚n c畛u ph叩t tri畛n h畛 Robot t畛 hnh c坦 g畉n camera t畛 畛ng t狸m ki畉m v b叩m m畛c ti棚u di 畛ngVCCA 2012. [3].Hsu-Chih Huang, Intelligent Motion Controller Design for Four-Wheeled Omnidirectional Mobile Robots Using Hybrid GA-PSO Algorithm, IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics, Anchorage, Alaska, USA, October 9-12, 2011 [4].M. J. Jung, H. S. Kim, S. Kim and J. H. Kim, Omnidirectional mobile base OK-II, Proceeding of the 2000 IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 3449-3454, San Francisco, April 2000. [5].K. Watanabe, Y. Shiraishi, S. Tzafestas, J. Tang and T. Fukuda, Feedback control of an omnidirectional autonomous platform for mobile service robots, Journal of Intelligent and Robotic Systems, vol. 22, pp. 315-330, 1998. [6]. Jacob Kjaer, A qualitative analysis of two Automated registration algorithms In a real world scenario using Point Cloud form the Kinect. Bachelor Thesis, June 27, 2011. [7]. Mikkel Viager, Analysis of Kinect for mobile robots, Individual course report, March 2011. [8]. Y. Kanayama, Y. Kimura, F. Miyazaki, T. Noguchi. A stable tracking control scheme for an autonomous mobile robot, proc. of IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, pp. 384-389, (1990). H. 18 Mobile robot t狸m v畛 鱈ch m tr棚n 動畛ng i c坦 m畛t v畉t c畉n
H畛i ngh畛 ton qu畛c l畉n th畛 2 v畛 i畛u khi畛n v T畛 畛ng ho叩 - VCCA-2013 396 VCCA-2013 H. 19 Mobile robot t狸m v畛 鱈ch m tr棚n 動畛ng i c坦 nhi畛u v畉t c畉n Phan Xu但n Minh: Nh畉n b畉ng Th畉c s挑 k畛 thu畉t (1976) v Ti畉n s挑 k畛 thu畉t (1989), chuy棚n ngnh i畛u khi畛n h畛c t畉i tr動畛ng Ilmenau University of Technology, Ilmenau, 畛c. Hi畛n l Gi叩o s動, c担ng t叩c v gi畉ng d畉y t畉i B畛 m担n i畛u khi畛n t畛 畛ng Vi畛n i畛n - Tr動畛ng 畉i h畛c B叩ch Khoa H N畛i. H動畛ng nghi棚n c畛u ch鱈nh: i畛u khi畛n t畛i 動u v b畛n v畛ng, i畛u khi畛n th鱈ch nghi, h畛 m畛 v m畉ng N董ron, i畛u khi畛n qu叩 tr狸nh. Ng担 M畉nh Ti畉n: H畛c 畉i h畛c B叩ch Khoa H N畛i, chuy棚n ngnh i畛u khi畛n t畛 畛ng t畛 nm 1996-2001. B畉o v畛 Th畉c s畛 nm 2004 v hi畛n nay ang theo h畛c Ti畉n s畛 t畉i 畉i H畛c B叩ch Khoa H N畛i. Hi畛n t畉i c担ng t叩c t畉i ph嘆ng Quang i畛n t畛 - Vi畛n V畉t L箪-Vi畛n Khoa H畛c v C担ng Ngh畛 Vi畛t Nam. H動畛ng nghi棚n c畛u ch鱈nh: i畛u khi畛n qu叩 tr狸nh, i畛u khi畛n th担ng minh v th鱈ch nghi, h畛 M畛 v m畉ng Neuron, i畛u khi畛n Robot, Robot t畛 hnh, h畛 th畛ng quang i畛n t畛 nh狸n 棚m, x畛 l箪 畉nh. L棚 Trung Ki棚n, hi畛n ang l sinh vi棚n nm th畛 5 theo h畛c chuy棚n ngnh i畛u Khi畛n T畛 畛ng, B畛 m担n i畛u Khi畛n T畛 畛ng-Vi畛n i畛n-畉i h畛c B叩ch Khoa H N畛i. H動畛ng nghi棚n c畛u ch鱈nh: i畛u khi畛n th鱈ch nghi, m担 h狸nh h坦a v m担 ph畛ng, h畛 th畛ng i畛u khi畛n nh炭ng. Tr畉n 畛c Hi畉u, t畛t nghi畛p 畉i h畛c B叩ch Khoa H N畛i, chuy棚n ngnh i畛u khi畛n t畛 畛ng nm 2012. L挑nh v畛c Nghi棚n c畛u ch鱈nh: L箪 thuy畉t i畛u khi畛n t畛 畛ng, i畛u khi畛n chuy畛n 畛ng, Robotics, c叩c h畛 th畛ng i畛u khi畛n nh炭ng, t鱈ch h畛p h畛 th畛ng t畛 畛ng h坦a. Ph畉m Vn Quy畉t, sinh nm 1976, t畛t nghi畛p H chuy棚n nghnh s動 ph畉m k畛 thu畉t i畛n nm 2002, th畉c s畛 KT nm 2008 t畉i HBK H N畛i. Hi畛n t畉i c担ng t叩c t畉i Tr動畛ng Cao 畉ng Ngh畛 H Nam. L挑nh v畛c nghi棚n c畛u t畛 畛ng h坦a c担ng nghi畛p, i畛u khi畛n c叩c qu叩 tr狸nh trong c担ng nghi畛p, i畛u khi畛n th鱈ch nghi. Nguy畛n Ph動董ng Nam sinh nm 1987. Anh nh畉n b畉ng C畛 nh但n V畉t l箪 nm 2009 v b畉ng Th畉c s畛 C董 i畛n t畛 nm 2011 t畉i tr動畛ng 畉i h畛c Rennes 1, CH Ph叩p. Hi畛n t畉i, anh ang 畉m nh畉n v畛 tr鱈 K畛 s動 ph畉n m畛m bay v h畛 th畛ng m担 ph畛ng v畛 tinh t畉i Trung t但m i畛u khi畛n v Khai th叩c V畛 tinh nh畛, Vi畛n c担ng ngh畛 V滴 tr畛, Vi畛n Hn l但m khoa h畛c v c担ng ngh畛 Vi畛t Nam. H Th畛 Kim Duy棚n: H畛c 畉i H畛c B叩ch khoa H N畛i, chuy棚n ngnh i畛u khi畛n t畛 畛ng t畛 nm 1996-2001, B畉o v畛 Th畉c s畛 t畉i H畛c Vi畛n k畛 Thu畉t qu但n s畛 2007. Hi畛n c担ng t叩c v gi畉ng d畉y t畉i Khoa i畛n t畛 - tr動畛ng 畉i H畛c C担ng Nghi畛p H N畛i. Chuy棚n m担n nghi棚n c畛u ch鱈nh: i畛u khi畛n qu叩 tr狸nh, C叩c b畛 i畛u khi畛n kh畉 tr狸nh PLC v m畉ng truy畛n th担ng c担ng nghi畛p, B畛 i畛u khi畛n th担ng minh v th鱈ch nghi, M畛 v m畉ng Neuron, X畛 l箪 畉nh. Nguy畛n Ng畛c Anh: T畛t nghi畛p H chuy棚n ngnh i畛n t畛 vi畛n th担ng nm 1998, Th畉c s畛 nm 2009 t畉i H畛c vi畛n k畛 thu畉t qu但n s畛. Hi畛n c担ng t叩c v gi畉ng d畉y t畉i Khoa i畛n t畛 - tr動畛ng 畉i H畛c C担ng Nghi畛p H N畛i. Chuy棚n m担n nghi棚n c畛u ch鱈nh: k畛 thu畉t i畛n t畛, x畛 l箪 t鱈n hi畛u s畛, i畛u khi畛n robot.

More Related Content

paper_208

  • 1. H畛i ngh畛 ton qu畛c l畉n th畛 2 v畛 i畛u khi畛n v T畛 畛ng ho叩 - VCCA-2013 389 VCCA-2013 Omni mobile robot tr叩nh v畉t c畉n s畛 d畛ng c畉m bi畉n camera Kinect Motion Control of Four Wheeled Omni-directional Mobile Robots to Avoid the Obstacles Using Kinect Camera Ng担 M畉nh Ti畉n1) , Phan Xu但n Minh2) , L棚 Trung Ki棚n3) , Tr畉n 畛c Hi畉u4) Ph畉m Vn Quy畉t5) Nguy畛n Ng畛c Anh6) , H Th畛 Kim Duy棚n 7) Nguy畛n Ph動董ng Nam8) 1) Vi畛n V畉t L箪, 8) Vi畛n C担ng ngh畛 v滴 tr畛 - Vi畛n Hn l但m KH&CN Vi畛t Nam; 2) ,3) ,4) ,5) 畉i h畛c B叩ch khoa H N畛i; 6) 7) 畉i h畛c C担ng nghi畛p H N畛i; e-mail: 1) nmtien@iop.vast.ac.vn, 2) minhxp-ac@mail.hut.edu.vn, 3) letrungkien.k53.hut@gmail.com, 4) hieutd123z.ac@gmail.com T坦m t畉t: C叩c nghi棚n c畛u t畉p trung vo c畉i thi畛n v tng t鱈nh linh ho畉t v kh畉 nng th鱈ch 畛ng khi lm vi畛c 畛 nh畛ng v畛 tr鱈 v c叩c 畛ng d畛ng kh叩c nhau cho robot t畛 hnh ang thu h炭t c叩c nh nghi棚n c畛u. B棚n c畉nh 畛ng d畛ng c叩c c畉i ti畉n c叩c thi畉t k畉 c董 kh鱈, c董 c畉u ch畉p hnh chuy畛n 畛ng linh ho畉t th狸 vi畛c 畛ng d畛ng m畉t m叩y v ph畉n m畛m x畛 l箪, i畛u khi畛n s畉 em l畉i cho robot t鱈nh linh ho畉t v th担ng minh. Bi b叩o tr狸nh by c叩c nghi棚n c畛u v畛 m担 h狸nh h坦a, m担 ph畛ng thu畉t to叩n i畛u khi畛n robot t畛 hnh s畛 d畛ng c董 c畉u di chuy畛n b畛n b叩nh Omni v thu畉t to叩n tr叩nh v畉t c畉n trong qu叩 tr狸nh di chuy畛n s畛 d畛ng camera Kinect c畛a Microsoft. C叩c k畉t qu畉 m担 ph畛ng v ch畉y th畛 nghi畛m cho th畉y t鱈nh linh ho畉t v c董 畛ng c畛a robot. Abstract: In recent years, researchers have concentrated on improving and increasing the flexibility and adaptation for Mobile Robots when work at the different positions and applications. Besides the application of getting better the designing of mechanics and the flexible motion of actuators, the using computer vision and processing software, the controlling will bring for Mobile Robots the more flexibility and intelligence. This paper presents the researches about modeling, simulation the control algorithm for four wheeled omni-directional Mobile Robots, and the algorithm for avoiding the obstacles using Kinect Camera of Microsoft. The results of simulation and experimental tests prove the good flexibilty and intelligence. Keywords: Mobile Robot, Kinect Camera, OpenNI, OpenCV, Nonlinear Control, Adaptive Control. K箪 hi畛u K箪 hi畛u 董n v畛 ngh挑a I 2 .g cm m担 men qu叩n t鱈nh xe Robot m g kh畛i l動畛ng xe Robot 1t 2t Nm m担 men 畛ng c董 tr叩i, ph畉i 2L cm chi畛u ngang c畛a xe Robot R cm b叩n k鱈nh c畛a b叩nh xe Robot Ch畛 vi畉t t畉t PCL Point Cloud Library MR Mobile Robot 1. 畉t v畉n 畛 Kh畉 nng di 畛ng tr棚n c叩c 畛a h狸nh kh叩c nhau lm robot c坦 nhi畛u 畛ng d畛ng h董n v c滴ng 嘆i h畛i ph畉i gi畉i quy畉t nhi畛u v畉n 畛 m畛i ph畛c t畉p h董n. C叩c nghi棚n c畛u trong th畛i gian g畉n 但y t畉p trung h董n v ph叩t tri畛n theo h動畛ng c畉i ti畉n c叩c ph動董ng ph叩p i畛u khi畛n nh畉m tng c動畛ng kh畉 nng th鱈ch nghi v th担ng minh cho robot. Ngoi v畉n 畛 i畛u khi畛n robot b叩m theo qu畛 畉o nhanh v tr董n chu, th狸 bi to叩n t狸m 動畛ng navigation (v畉 qu畛 畉o) l tr畛ng t但m c畛a c叩c nghi棚n c畛u g畉n 但y. Trong v畉n 畛 t狸m 動畛ng, bi to叩n 動畛c quan t但m nhi畛u nh畉t l bi to叩n t狸m 動畛ng v畛 鱈ch m kh担ng ch畉m vo v畉t c畉n tr棚n 動畛ng i. C坦 2 lo畉i bi to叩n t狸m 動畛ng cho robot [6,7]: Bi to叩n c畛c b畛 (local): m担i tr動畛ng lm vi畛c c畛a robot hon ton kh担ng bi畉t tr動畛c ho畉c ch畛 bi畉t m畛t ph畉n, robot hon ton nh畛 vo s畛 c畉m nh畉n m担i tr動畛ng trong qu叩 tr狸nh di chuy畛n th担ng qua c畉m bi畉n g畉n tr棚n n坦 畛 d嘆 動畛ng. Bi to叩n ton c畛c (Global): b畉n 畛 m担i tr動畛ng lm vi畛c c畛a robot hon ton 動畛c bi畉t tr動畛c, v畉n 畛 ch鱈nh ph畉i gi畉i quy畉t l t狸m 動畛ng i cho robot tr動畛c khi n坦 xu畉t ph叩t. Bi to叩n c畛c b畛 t畛 ra c坦 動u th畉, n坦 c坦 t鱈nh linh ho畉t cao nh動 c坦 th畛 tr叩nh v畉t c畉n khi v畉t 坦 di chuy畛n. Nh動畛c i畛m c畛a bi to叩n ny l robot ch畛 c畉m nh畉n m担i tr動畛ng qua c畉m bi畉n g畉n c湛ng, v狸 th畉 c坦 th畛 kh担ng hon thnh vi畛c t畛i 鱈ch m畉c d湛 c坦 動畛ng i, h董n n畛a kh担ng th畛 ch畛n ra 動畛c 動畛ng i t畛i 動u, v nh動畛c i畛m ny g畉n 但y 動畛c kh畛ng ch畉 b畉ng c叩ch thay c叩c c畉m bi畉n b畉ng c叩c camera t動董ng t畛 nh動 trang b畛 c叩c m畉t th畉n cho robot. Trong bi b叩o ny, ch炭ng t担i tr狸nh by v畛 m担 h狸nh h坦a v m担 ph畛ng 畛i t動畛ng Omni mobile robot s畛 d畛ng 4 b叩nh di chuy畛n a h動畛ng, c叩c thu畉t to叩n i畛u khi畛n b叩m qu畛 畉o cho robot, c叩c nghi棚n c畛u s畛 d畛ng camera Kinect 畛 ph叩t hi畛n v t狸m th担ng s畛 v畉t c畉n 畛ng d畛ng th動 vi畛n m達 ngu畛n m畛 OpenNI v PCL, v thu畉t to叩n tr叩nh v畉t c畉n 畛ng d畛ng h畛 s畛 ki畛n r畛i r畉c 畛 ph但n t鱈ch v l畉p tr狸nh cho Robot. Bi b叩o bao g畛m 7 ph畉n, sau ph畉n gi畛i thi畛u, trong ph畉n th畛 2, m担 h狸nh h坦a v ph辿p chuy畛n 畛i n坦 sang c畉u tr炭c mong mu畛n 動畛c 動a ra. Ph畉n 3 m担 t畉 m畛t
  • 2. H畛i ngh畛 ton qu畛c l畉n th畛 2 v畛 i畛u khi畛n v T畛 畛ng ho叩 - VCCA-2013 390 VCCA-2013 gi畉i ph叩p i畛u khi畛n phi tuy畉n d畛a tr棚n Hm Lyapunov 畛 畛n 畛nh ti畛m c畉n h畛 k鱈n. Trong ph畉n 4 gi畛i thi畛u c畉m bi畉n Kinect v 畛ng d畛ng trong bi to叩n mobile robot tr叩nh v畉t c畉n. Ph畉n 5 c坦 畛 xu畉t m畛t thu畉t to叩n 畛 tr叩nh v畉t c畉n. C叩c k畉t qu畉 th畛 nghi畛m th畛c t畉 動畛c tr狸nh by trong ph畉n 6 v ph畉n k畉t lu畉n l c叩c nh畉n x辿t t坦m t畉t. 2. M担 h狸nh h坦a Omni mobile robot Omni mobile robot g畛m 4 b叩nh omni 動畛c truy畛n 畛ng 畛c l畉p v 動畛c 畉t vu担ng g坦c v畛i nhau nh動 h狸nh H. 1: H. 1 Ph畛i c畉nh v h畛 tr畛c t畛a 畛 Omni mobile robot H狸nh v畉 H.1 th畛 hi畛n ton b畛 h畛 th畛ng m担 h狸nh th畛c t畉, c畉u tr炭c v k鱈ch th動畛c, 動畛c g畉n v畛i h畛 t畛a 畛 c畛 畛nh w w wO x y v h畛 t畛a 畛 畛ng m m mO x y c坦 g畛c 動畛c 畉t vo tr畛ng t但m xe robot. G坦c 畉i di畛n cho g坦c quay c畛a xe c坦 chi畛u d動董ng ng動畛c h動畛ng kim 畛ng h畛, v c滴ng l g坦c gi畛a h畛 t畛a 畛 chuy畛n 畛ng v h畛 t畛a 畛 c畛 畛nh. L l kho畉ng c叩ch gi畛 tr畛ng t但m xe v t但m b叩nh xe. 1T , 2T , 3T , v 4T l c叩c l畛c 動畛c sinh ra b畛i c叩c b叩nh xe, r ch畛 b叩n k鱈nh m畛i b叩nh xe. D畛a vo ph動董ng ph叩p 動畛c 畛 xu畉t b畛i, ta c坦 m担 h狸nh 畛ng h畛c ng動畛c c畛a 畛i t動畛ng Omni mobile robot 動畛c x但y d畛ng tr棚n h畛 t畛a 畛 c畛 畛nh nh動 sau [3,4,5]: 1 1 2 2 3 3 4 4 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ( )). ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) v t r t x t v t r t v t P t y t v t r t t v t r t w w q w q w 辿 湛 辿 湛 棚 炭 棚 炭 辿 湛 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭= = =棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 谷 短 棚 炭 棚 炭谷 短 谷 短 (1) Trong 坦: sin( ) cos( ) cos( ) sin( ) ( ( )) sin( ) cos( ) cos( ) sin( ) L L P t L L q q q q q q q q q 辿 湛- 棚 炭 棚 炭- -棚 炭= 棚 炭-棚 炭 棚 炭 棚 炭谷 短 (2) 畛 箪 r畉ng, m畉c d湛 ma tr畉n ( ( ))P t l suy bi畉n v畛i b畉t k畛 g坦c , nh動ng ma tr畉n 畉o tr叩i c畛a n坦 c坦 th畛 t狸m th畉y, v畛i # ( ( )). ( ( ))P t P t Iq q = : # sin( ) cos( ) sin( ) cos( ) 2 2 2 2 cos( ) sin( ) cos( ) sin( ) ( ( )) 2 2 2 2 1 1 1 1 4 4 4 4 P t L L L L q q q q q q q q q 辿 湛- - 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭- - = 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭谷 短 (3) i畛u khi畛n b叩m qu畛 畉o v畛i m担 h狸nh 畛ng h畛c (1), ph畉n ny 動畛c dnh 畛 thi畉t k畉 b畛 i畛u khi畛n 畛ng h畛c 畛 畉t 動畛c b叩m qu畛 畉o cho 畛i t動畛ng Omni mobile robot. Kh担ng gi畛ng nh動 lo畉i non-holonomic mobile robot [2, 6] truy畛n th畛ng, qu畛 畉o c畛a Omni mobile robot c坦 th畛 kh担ng 動畛c suy ra t畛 m担 h狸nh 畛ng h畛c. M畛c ti棚u i畛u khi畛n l t狸m 動畛c v辿c-t董 v畉n t畛c g坦c 1 2 3 4( ) ( ) ( ) ( ) T t t t t 件 刻 畛 l叩i xe b叩m theo qu畛 畉o 畉t mong mu畛n ( ) ( ) ( ) T d d dx t y t t縁 刻 . 畛nh ngh挑a v辿c t董 sai l畛ch gi畛a gi叩 tr畛 hi畛n t畉i v mong mu畛n: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) e d e d e d x t x t x t y t y t y t t t tq q q 辿 湛 辿 湛辿 湛 棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭 棚 炭棚 炭= -棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭 棚 炭棚 炭 谷 短谷 短 谷 短 (4) Do 坦, 1 2# 3 4 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ( )). ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) e d d e d d e d d r t x t x t x t x t r t y t y t y t P t y t r t t t t t r t w w q w q q q q w 辿 湛 棚 炭辿 湛 辿 湛 辿 湛辿 湛 棚 炭棚 炭 棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭 棚 炭棚 炭= - = -棚 炭棚 炭 棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭谷 短谷 短 谷 短 谷 短 棚 炭谷 短 (5) M畛c ti棚u i畛u khi畛n l t狸m 動畛c vec-t董 v畉n t畛c g坦c c畛a c叩c 畛ng c董, t動董ng 畛ng v畛i h畛 sai l畛ch v嘆ng k鱈n 畛n 畛nh ti畛m c畉n ton c畛c. T畛 坦, lu畉t b叩m qu畛 畉o 動畛c nh動 sau [3]: 01 2 3 0 4 0 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 ( ( )) . ( ) . ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) t e e dt P e I e d e d t e x d t x t x t t P t K y t K y d y t t r t t t d t t w w q t t w q q w q t t 脱 旦辿 湛 歎巽 棚 炭 歎巽巽 棚 炭巽巽辿 湛 棚 炭巽棚 炭 棚 炭辿 湛 辿 湛巽巽棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭巽巽棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭= - - +巽棚 炭 巽 棚 炭棚 炭 棚 炭巽棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭巽巽棚 炭 谷 短 谷 短棚 炭巽棚 炭 巽 棚 炭谷 短 巽巽 棚 炭巽 棚 炭巽巽竪 淡谷 短 嘆 嘆 嘆 歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎歎 (6) Trong 坦, c叩c ma tr畉n PK , IK 畛i x畛ng v x叩c 畛nh d動董ng, 1 2 3{ , , } 0T P P P P PK diag K K K K= = > , 1 2 3{ , , } 0T I I I I IK diag K K K K= = > . Thay (6) vo (5) d畉n 畉n h畛 sai l畛ch v嘆ng k鱈n: 0 0 0 ( ) ( ) ( ) ( ) . ( ) . ( ) ( ) ( ) ( ) t e e e t e P e I e e e t e x d x t x t y t K y t K y d t t d t t t t q q q t t 辿 湛 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭辿 湛 辿 湛 棚 炭棚 炭 棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭= - - 棚 炭棚 炭 棚 炭 棚 炭棚 炭 棚 炭 谷 短 谷 短 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 谷 短 嘆 嘆 嘆 (7) C叩c b畛 i畛u khi畛n phi tuy畉n thi畉t k畉 b畛i hm Lyapunov l nh畛ng gi畉i ph叩p 董n gi畉n nh畉t nh動ng c滴ng thnh c担ng nh畉t trong vi畛c 畛n 畛nh 畛ng h畛c [1,8]. 畛 畛n 畛nh ti畛m c畉n cho h畛 sai l畛ch v嘆ng k鱈n, hm Lyapunov 動畛c ch畛n nh動 sau:
  • 3. H畛i ngh畛 ton qu畛c l畉n th畛 2 v畛 i畛u khi畛n v T畛 畛ng ho叩 - VCCA-2013 391 VCCA-2013 [ ]1 0 0 0 0 0 0 ( ) 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 ( ) ( ) 1 ( ) ( ) ( ) . . ( ) 2 ( ) e e e e e e t e t t t t e e e I e t e x t V t x t y t t y t t x d x d y d d K y d d q q t t t t t t q t t t t q t t 辿 湛 棚 炭 棚 炭= +棚 炭 棚 炭 谷 短 辿 湛 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 辿 湛 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭谷 短 棚 炭 棚 炭 棚 炭 棚 炭 谷 短 嘆 嘆 嘆 嘆 嘆 嘆 (8) L畉y 畉o hm theo th畛i gian hm 1( )V t , 畉t 動畛c: 1 0 0 0 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) . ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) . . ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) . . ( ) 0 ( ) e e e e e e t t t e e e e I e e e e e e P e e x t V t x t y t t y t t x t x d y d d K y t t x t x t y t t K y t t 削 刻 削 刻 削 削 削 削 削 種 刻 削 (9) Hm 1( )V t l b叩n x叩c 畛nh 但m, theo b畛 畛 Barbalat [1] suy ra: [ ] [ ]( ) ( ) ( ) 0 0 0 T T e e ex t y t tq , khi t 促 i畛u ny ch畛ng t畛, h畛 sai l畛ch v嘆ng k鱈n i畛u khi畛n b叩m qu畛 畉o l 畛n 畛nh ti畛m c畉n. V lu畉t i畛u khi畛n (6) 動畛c th畛a m達n. Ti畉n hnh m担 ph畛ng v畛i qu畛 畉o h狸nh elip cho tr動畛c, nh畉m ki畛m ch畛ng b畛 i畛u khi畛n 動畛c 畛 xu畉t (6) l叩i xe robot b叩m ch鱈nh x叩c qu畛 畉o 畉n m畛c 畛 no. K畉t qu畉 畉t 動畛c nh動 sau: H. 2 M担 ph畛ng b叩m qu畛 畉o l 動畛ng elip 3. S畛 d畛ng Kinect v OpenNI, PCL m担 h狸nh t畛a 畛 v畉t c畉n 3D 3.1 Gi畛i thi畛u camera Kinect Camera Kinect l s畉n ph畉m c畛a Microsoft d畛a tr棚n c担ng ngh畛 camera 動畛c ph叩t tri畛n b畛i PrimeSense. M畛c 鱈ch c畛a vi畛c s畛 d畛ng c畉m bi畉n camera Kinect l thu v畛 b畉n 畛 畛 s但u (Depth map) t畛 坦 kh担i ph畛c m担i tr動畛ng tr動畛c mobile robot d動畛i d畉ng 3D nh畉m ph叩t hi畛n, 畛ng th畛i t鱈nh to叩n c叩c tham s畛 c畛a v畉t c畉n. B畉n 畛 畛 s但u ch畛a t畉p h畛p c叩c i畛m 畉nh, m畛i i畛m 畉nh ch畛a th担ng tin v畛 t畛a 畛 c畛a n坦 trong h畛 t畛a 畛 g畉n v畛i Kinect. Nh畛ng i畛m c坦 kho畉ng c叩ch g畉n nhau c坦 xu h動畛ng c湛ng m畛t 畛i t動畛ng m kh担ng ph但n bi畛t m畉u s畉c. Ch畛 khi 畛 s但u gi畉m 畛t ng畛t nh動 畛 c畉nh v 畛 m畛t s畛 ph畉n nh畛 c畛a 畛i t動畛ng th狸 khi 坦, h狸nh 畉nh tr棚n b畉n 畛 畛 s但u m畛i c坦 s畛 thay 畛i. Do 坦 b畉n 畛 畛 s但u gi炭p vi畛c nh畉n d畉ng v畉t th畛 董n gi畉n h董n x畛 l箪 畉nh th担ng th動畛ng. H. 3 H狸nh 畉nh th畛c t畉 c畉m bi畉n camera Kinect 3.2 Th動 vi畛n x畛 l箪 畉nh OpenNI v PCL OpenNI v PCL l 2 b畛 th動 vi畛n m達 ngu畛n m畛 動畛c ch炭ng t担i l畛a ch畛n 畛 l畉p tr狸nh x畛 l箪 畉nh thu 動畛c t畛 camera Kinect. M畛c 鱈ch c畛a b畛 th動 vi畛n OpenNI l thu v畛 b畉n 畛 畛 s但u mang th担ng tin v畛 kho畉ng c叩ch c叩c v畉t th畛 trong kh担ng ph鱈a tr動畛c Kinect. B畛 th動 vi畛n PCL ch畛a c叩c hm x畛 l箪 b畉n 畛 畛 s但u t畛 坦 ph叩t hi畛n v t鱈nh to叩n th担ng s畛 v畉t c畉n. 3.3 M担 h狸nh v畉t c畉n 3D V畉t c畉n 畛 ph鱈a tr動畛c Mobile Robot 動畛c x叩c 畛nh b畉ng t畛a 畛 trong h畛 tr畛c g畉n vo tr畛ng t但m mobile robot. V狸 v畉y c畉n chuy畛n 畛i tr畛c t畛a 畛 t畛 t畛a 畛 m畉c 畛nh c畛a Kinect v畛 h畛 tr畛c t畛a 畛 g畉n v畛i tr畛ng t但m mobile robot. T畛a 畛 m畉c 畛nh c畛a Kinect bi畛u di畛n nh動 h狸nh H.4 [6,7]. H. 4 T畛a 畛 m畉c 畛nh c畛a Kinect Do Kinect 畉t 畛 ph鱈a tr棚n tr畛ng t但m robot m畛t o畉n h v h動畛ng xu畛ng d動畛i m畛t g坦c 留, do 坦 ta quay h畛 tr畛c quanh tr畛c x r畛i t畛nh ti畉n theo tr畛c z xu畛ng d動畛i m畛t o畉n h. Ma tr畉n c畛a ph辿p chuy畛n h畛 tr畛c thu 動畛c l [7]: 1 0 0 0 0 cos( sin( ) 0 0 sin( ) cos( ) 0 0 ) 0 1 T h a a a a 辿 湛 棚 炭 棚 炭 棚 炭= 棚 炭- -棚 炭 棚 炭 棚 炭谷 短 (10) Qu叩 tr狸nh x畛 l箪 d畛 li畛u 畛 ph叩t hi畛n v畉t c畉n 動畛c bi畛u di畛n nh動 H.4. H. 5 Qu叩 tr狸nh x畛 l箪 b畉ng th動 vi畛n OpenNI v PCL. K畉t qu畉 c畛a qu叩 tr狸nh x畛 l箪 l c叩c nh坦m i畛m 畉i di畛n cho v畉t th畛 (object clusters). M畛i nh坦m i畛m 畛u ch畛a 畉y 畛 c叩c th担ng tin v畛 t畛a 畛 c叩c i畛m
  • 4. H畛i ngh畛 ton qu畛c l畉n th畛 2 v畛 i畛u khi畛n v T畛 畛ng ho叩 - VCCA-2013 392 VCCA-2013 thu畛c v畉t c畉n trong kh担ng gian 3D. V狸 v畉y th担ng tin v畛 v畉t c畉n l hon ton x叩c 畛nh. H. 6 K畉t qu畉 x畛 l箪 ph叩t hi畛n v畉t c畉n. 4. Thu畉t to叩n tr叩nh v畉t c畉n cho Omi mobile robot Gi畉i thu畉t tr叩nh v畉t c畉n 動畛c m担 t畉 b畉ng m畛t h畛 s畛 ki畛n r畛i r畉c nh動 H.7 H. 7 H畛 s畛 ki畛n r畛i r畉c m担 t畉 thu畉t to叩n tr叩nh v畉t c畉n H. 8 H畛 s畛 ki畛n r畛i r畉c m担 ph畛ng thu畉t to叩n tr叩nh v畉t c畉n H. 9 B畛 i畛u khi畛n m担 ph畛ng b畉ng ph畉n m畛m UPPAAL H畛 s畛 ki畛n r畛i r畉c tr棚n 動畛c m担 ph畛ng b畉ng ph畉n m畛m UPPAL. Tr畉ng th叩i ban 畉u c畛a h畛 l Start. 畛 tr畉ng th叩i ny, robot s畉 nh畉n c叩c gi叩 tr畛 畉t c畛a t畛a 畛 鱈ch. H. 10 Tr畉ng th叩i quay v畛 鱈ch c畛a Robot Tr畉ng th叩i quay v畛 鱈ch 動畛c 畉t 畉n sau khi kh畛i ch畉y ho畉c sau khi 達 v動畛t qua v畉t c畉n. M畛c 鱈ch c畛a vi畛c ny l h動畛ng robot v畛 鱈ch 畛 sau 坦 robot c坦 th畛 ti畉n th畉ng v畛 鱈ch. Gi畉 s畛 robot ang 畛 v畛 tr鱈 c坦 t畛a 畛 O ( , )t tx y v g坦c c畛a h動畛ng xe so v畛i tr畛c ox l q . T畛a 畛 鱈ch l T ( , )t tx y . Khi 坦 c畉n quay robot m畛t g坦c j 畛 h動畛ng robot v畛 鱈ch ta x叩c 畛nh g坦c quay nh動 sau: ta th畉y r畉ng, g坦c j ch鱈nh l g坦c gi畛a vector ch畛 h動畛ng c畛a xe u v vector 'v O T= 居居居居 . Trong 坦: (cos ,sin )u q q= ( ),tar t tar tyv yx x- -= 2 2 . os( ) cos( , ) . cos ( ) sin ( ) ( ) ( ) tar t tar t tar ttar t u v c u v u v x y x y y x yx q q- = = = + - + - - 駕 (11) Chi畛u quay x叩c 畛nh b畉ng v畛 tr鱈 t動董ng 畛i c畛a i畛m 鱈ch T v 動畛ng th畉ng d ch畛a vector u . 動畛ng th畉ng d chia m畉t ph畉ng thnh 2 ph畉n l ph畉n tr棚n v ph畉n d動畛i. 2 2 p p q- < < : N畉u T n畉m 畛 m畉t ph畉ng d動畛i th狸 quay sang ph畉i, ng動畛c l畉i quay sang tr叩i. (tr動畛ng h畛p gi畛ng h狸nh 2) 3 2 2 p p q< < : N畉u T n畉m 畛 m畉t ph畉ng d動畛i th狸 quay sang tr叩i, ng動畛c l畉i quay sang ph畉i. Sau khi quay v畛 鱈ch robot s畉 x叩c 畛nh c坦 v畉t c畉n ph鱈a tr動畛c hay kh担ng nh畉m 動a ra c叩c quy畉t 畛nh ph湛 h畛p.
  • 5. H畛i ngh畛 ton qu畛c l畉n th畛 2 v畛 i畛u khi畛n v T畛 畛ng ho叩 - VCCA-2013 393 VCCA-2013 H. 11 V湛ng kh担ng gian ph鱈a tr動畛c robot. 畛 d畛 dng cho vi畛c x叩c 畛nh v畛 tr鱈 t動董ng 畛i c畛a v畉t c畉n so v畛i robot, v湛ng kh担ng gian ph鱈a tr動畛c robot 動畛c ph但n chia nh動 H.9. D畛 nh畉n th畉y v畛 tr鱈 t動董ng 畛i c畛a v畉t c畉n so v畛i robot bao g畛m c叩c tr動畛ng h畛p: + V畉t c畉n n畉m hon ton 畛 v湛ng T ho畉c P. + V畉t c畉n n畉m gi畛a v湛ng T v G. + V畉t c畉n n畉m hon ton 畛 G. + V畉t c畉n n畉m gi畛a G v P. + V畉t c畉n n畉m 畛 c畉 3 v湛ng G, T, P. V畛i tr動畛ng h畛p v畉t c畉n n畉m hon ton 畛 v湛ng T ho畉c P, robot i th畉ng do 畉m b畉o i畛u ki畛n kh担ng va ch畉m v畛i v畉t c畉n. Tr動畛ng h畛p v畉t c畉n n畉m gi畛a T v G 動畛c bi畛u di畛n nh動 H.10. Khi 坦 minx R< - v maxR x R- < < . Robot s畉 quay sang ph畉i m畛t g坦c 畛 tr叩nh v畉t c畉n. 畛 畉m b畉o l nh畛 nh畉t, t畛 i畛m M thu畛c v畉t c畉n. D畛ng ti畉p tuy畉n MN v畛i 動畛ng tr嘆n an ton. Khi 坦 g坦c 0 90a q= - v畛i arctan( )m n m n y x y x q - - = Do N ( , )n nx y thu畛c 動畛ng tr嘆n t但m O b叩n k鱈nh R n棚n: 2 2 2 n nx y R+ = (12) M畉t kh叩c ON MN suy ra: ( ) ( ) 0n m n n m nx x y yx y- + - = (13) Gi畉i h畛 (12) v (13) ta 動畛c: 2 2 2 2 'm n m m m n n n x x x R y x y R y x - = + - 狸誰 D誰誰誰誰誰鱈 誰誰 樽 =誰誰誰誰 (14) ho畉c 2 2 2 2 'm n m m m n n n R y x x x x x R y y = + - 狸誰 + D誰誰誰誰誰鱈 誰誰 樽 =誰誰誰誰 (lo畉i) Do quay v畛 b棚n tr叩i n棚n ta ch畛n nghi畛m c坦 gi叩 tr畛 nx nh畛 h董n. H. 12 V畉t c畉n n畉m gi畛a v湛ng T v G T鱈nh to叩n hon ton t動董ng t畛 畛i v畛i v畉t c畉n n畉m gi畛a v湛ng P v G. Khi 坦 robot s畉 quay m畛t g坦c sang tr叩i. Khi 坦 ta c坦 minR Rx- < < v maxx R> . T鱈nh to叩n hon ton t動董ng t畛 tr動畛ng h畛p n畉m 畛 v湛ng T v G ta thu 動畛c: 0 90a q= - arctan( )m n m n y x y x q - - = 2 2 2 2 'm n m m m n n n R y x x x x x R y y = + - 狸誰 + D誰誰誰誰誰鱈 誰誰 樽 =誰誰誰誰 (15) Tr動畛ng h畛p v畉t c畉n n畉m hon ton trong v湛ng G. Khi 坦 min m RR x x ax<- << . D動畉 vo i畛m gi畛a v畉t c畉n n畉m c坦 x>0 hay x<0 m quy畉t 畛nh cho Robot quay tr叩i hay quay ph畉i. G坦c quay trong tr動畛ng h畛p quay tr叩i ho畉c quay ph畉i hon ton gi畛ng v畛i t鱈nh to叩n 畛 tr棚n. Tr動畛ng h畛p v畉t n畉m 畛 c畉 3 v湛ng T,P,G. T動董ng t畛 nh動 c叩c tr動畛ng h畛p tr棚n, ta x辿t gi叩 tr畛 x_tb l trung b狸nh c畛a 2 gi叩 tr畛 minx v maxx . N畉u 0tbx < th狸 v畉t c畉n l畛ch tr叩i suy ra c畉n quay ph畉i. T動董ng t畛 0tbx > quay tr叩i. Sau khi 達 quay m畛t g坦c Robot s畉 ti畉n v畛 ph鱈a tr動畛c m畛t o畉n an ton 畛 畉m b畉o tr叩nh v畉t c畉n. o畉n an ton ch鱈nh b畉ng kho畉ng c叩ch: ' ' 'tO O O H R= + (16) Trong 坦: 2 2 2 2 2 ' ' max max O H O N NH x y R = - = + - (17) V畉y kho畉ng c叩ch an ton c畉n ph畉i i l: 2 2 2 p max maxx Rd R y+ -= + (18)
  • 6. H畛i ngh畛 ton qu畛c l畉n th畛 2 v畛 i畛u khi畛n v T畛 畛ng ho叩 - VCCA-2013 394 VCCA-2013 H. 13 V畉t c畉n n畉m hon ton trong v湛ng G H. 14 i m畛t o畉n an ton v畛 b棚n ph畉i, ho畉c b棚n tr叩i T鱈nh to叩n hon ton t動董ng t畛 v畛i tr動畛ng h畛p i m畛t o畉n an ton v畛 b棚n tr叩i v畉t c畉n trong 坦 i畛m N 畛 tr動畛ng h畛p ny c坦 t畛a 畛 ,( )min maxN yx . Nh動 v畉y kho畉ng c叩ch an ton c畉n i v畛 b棚n tr叩i v畉t c畉n s畉 l: 2 min 2 2 t maxd y RR x + -= + (19) 5. X但y d畛ng v ch畉y th畛 nghi畛m Omni mobile robot tr叩nh v畉t c畉n Ph畉n c畛ng c畛a c畛a h畛 Omni mobile robot g畛m hai ph畉n ch鱈nh: + Ph畉n 1: x畛 l箪 畉nh d畛a vo chu畛i h狸nh 畉nh thu 動畛c t畛 camera Kinect 畛 nh畉n d畉ng v t鱈nh to叩n v畛 tr鱈 c畛a v畉t c畉n. + Ph畉n 2: l ph畉n i畛u khi畛n, d畛a vo th担ng s畛 v畛 tr鱈 v畉t c畉n nh畉n 動畛c, 畛ng d畛ng thu畉t to叩n tr叩nh v畉t c畉n, t鱈nh to叩n t鱈n hi畛u i畛u khi畛n robot di chuy畛n v畛 鱈ch m kh担ng tr叩nh v畉t c畉n v畛i v畉n t畛c l畛n nh畉t v qu達ng 動畛ng ng畉n nh畉t. Trong h畛 th畛ng ny ngoi b畛 vi x畛 l箪 chung l m叩y t鱈nh Laptop c嘆n c坦 m畛t kh畛i giao ti畉p 畛 th畛c hi畛n b畉t tay gi畛a camera, c董 c畉u ch畉p hnh v m叩y t鱈nh. 畛 叩p 畛ng 畛 y棚u c畉u v畛 kh畉 nng i畛u khi畛n c董 c畉u ch畉p hnh v v畛a c坦 kh畉 nng x畛 l箪, ch畛ng nhi畛u t畛t nh坦m t叩c gi畉 s畛 d畛ng vi i畛u khi畛n ARM Cortext-M3 LM3S8971c畛a h達ng Texas Instruments v狸 n坦 c坦 畉y 畛 t鱈nh nng, t畛c 畛 t鱈nh to叩n v c坦 kh畉 nng ch畛ng nhi畛u t畛t. C畉u tr炭c thi畉t k畉 ph畉n c畛ng c坦 hai l畛a ch畛n t湛y lo畉i 畛ng d畛ng: c坦 th畛 t鱈ch h畛p b畛 x畛 l箪 trung t但m (畛 但y d湛ng m叩y t鱈nh PC Laptop) ngay tr棚n mobile robot, v c畉u tr炭c th畛 hai l 畛 b畛 x畛 l箪 trung t但m ny t畉i tr畉m i畛u khi畛n, l炭c 坦 b畛 i畛u khi畛n trung t但m s畉 giao ti畉p v畛i camera v b畛 vi i畛u khi畛n c董 c畉p ch畉p hnh qua m畉ng kh担ng d但y RF. H. 15 C畉u tr炭c t畛ng th畛 ph畉n c畛ng khi g畉n li畛n b畛 x畛 l箪 trung t但m tr棚n xe Robot H. 16 Giao di畛n i畛u khi畛n C叩c k畉t qu畉 ch畉y th畛 nghi畛m Omni mobile robot tr叩nh v畉t c畉n: Omni mobile robot trong bi b叩o 動畛c th畛 nghi畛m 畛 m担i tr動畛ng trong nh, v畉t c畉n l c叩c 畛 v畉t xu畉t hi畛n ng畉u nhi棚n trong qu叩 tr狸nh di chuy畛n. C叩c tr動畛ng h畛p th畛 nghi畛m bao g畛m: + Robot t狸m v畛 鱈ch m tr棚n 動畛ng i kh担ng c坦 v畉t c畉n + Robot t狸m v畛 鱈ch m tr棚n 動畛ng i c坦 m畛t v畉t c畉n. + Robot t狸m v畛 鱈ch m tr棚n 動畛ng i c坦 nhi畛u v畉t c畉n. K畉t qu畉 sau khi th畛 nghi畛m l robot t狸m 畉n 鱈ch m kh担ng g但y va ch畉m (xem h狸nh H.18, H.19). Sai s畛 t畛a 畛 khi robot 畉n 鱈ch 畛 m畛c ch畉p nh畉n 動畛c.
  • 7. H畛i ngh畛 ton qu畛c l畉n th畛 2 v畛 i畛u khi畛n v T畛 畛ng ho叩 - VCCA-2013 395 VCCA-2013 H. 17 L動u 畛 thu畉t to叩n 6. K畉t Lu畉n Bi b叩o 達 tr狸nh by v畛 m担 h狸nh h坦a v m担 ph畛ng Omi mobile mobot s畛 d畛ng 4 b叩nh Omni di chuy畛n a h動畛ng, c叩c thu畉t to叩n i畛u khi畛n b叩m qu畛 畉o cho robot, c叩c nghi棚n c畛u s畛 d畛ng Kinect 畛 ph叩t hi畛n v t狸m th担ng s畛 v畉t c畉n 畛ng d畛ng th動 vi畛n m達 ngu畛n m畛 OpenNI v PCL, v thu畉t to叩n tr叩nh v畉t 畛ng d畛ng h畛 s畛 ki畛n r畛i r畉c 畛 ph但n t鱈ch v l畉p tr狸nh cho robot. Ch炭ng t担i 達 x但y d畛ng, l畉p r叩p v th畛 nghi畛m thu畉t to叩n tr叩nh v畉t c畉n cho Omni mobile robot, c叩c k畉t qu畉 cho th畉y 動畛c s畛 ho畉t 畛ng linh ho畉t c畛a robot v cho th畉y s畛 ph畉n 畛ng t畛t c畛a robot khi g畉p v畉t c畉n 炭ng v畛i thu畉t to叩n 達 x但y d畛ng. Tuy c滴ng c嘆n m畛t s畛 nh動畛c i畛m: c董 c畉u c董 kh鱈 ch動a 動畛c ch鱈nh x叩c cao, ph畉n m畛m thi畉t k畉 tr棚n m叩y t鱈nh d湛ng 畛 x畛 l箪 d畛 li畛u t畛 Kinect g畛i v畛 y棚u c畉u c畉u h狸nh m叩y t鱈nh cao, n畉u 畛 trong m担i tr動畛ng nhi畛u v畉t th畛 ph畛c t畉p th狸 qu叩 tr狸nh x畛 l箪 ch畉m v狸 v畉y kh担ng 畉m b畉o t鱈nh th畛i gian th畛c. H動畛ng ph叩t tri畛n ti畉p theo l c畉i ti畉n v畛 c董 c畉u c董 kh鱈, khai th叩c th棚m c叩c ch畛c nng c畛a c畉m bi畉n Kinect nh動 ch畛c nng nh畉n di畛n gi畛ng n坦i, nh畉n di畛n c畛 ch畛 nh畉m ph叩t tri畛n Omni mobile robot ngy cng hon thi畛n v 畉y 畛 ch畛c nng 畛 c坦 th畛 s畛 d畛ng trong 畛i s畛ng. Ti li畛u tham kh畉o [1]. Nguy畛n Do達n Ph動畛c, L箪 thuy畉t i畛u khi畛n n但ng cao, NXB Khoa h畛c k畛 thu畉t, 2009. [2]. Ng担 M畉nh Ti畉n, Phan Xu但n Minh, Nghi棚n c畛u ph叩t tri畛n h畛 Robot t畛 hnh c坦 g畉n camera t畛 畛ng t狸m ki畉m v b叩m m畛c ti棚u di 畛ngVCCA 2012. [3].Hsu-Chih Huang, Intelligent Motion Controller Design for Four-Wheeled Omnidirectional Mobile Robots Using Hybrid GA-PSO Algorithm, IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics, Anchorage, Alaska, USA, October 9-12, 2011 [4].M. J. Jung, H. S. Kim, S. Kim and J. H. Kim, Omnidirectional mobile base OK-II, Proceeding of the 2000 IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 3449-3454, San Francisco, April 2000. [5].K. Watanabe, Y. Shiraishi, S. Tzafestas, J. Tang and T. Fukuda, Feedback control of an omnidirectional autonomous platform for mobile service robots, Journal of Intelligent and Robotic Systems, vol. 22, pp. 315-330, 1998. [6]. Jacob Kjaer, A qualitative analysis of two Automated registration algorithms In a real world scenario using Point Cloud form the Kinect. Bachelor Thesis, June 27, 2011. [7]. Mikkel Viager, Analysis of Kinect for mobile robots, Individual course report, March 2011. [8]. Y. Kanayama, Y. Kimura, F. Miyazaki, T. Noguchi. A stable tracking control scheme for an autonomous mobile robot, proc. of IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, pp. 384-389, (1990). H. 18 Mobile robot t狸m v畛 鱈ch m tr棚n 動畛ng i c坦 m畛t v畉t c畉n
  • 8. H畛i ngh畛 ton qu畛c l畉n th畛 2 v畛 i畛u khi畛n v T畛 畛ng ho叩 - VCCA-2013 396 VCCA-2013 H. 19 Mobile robot t狸m v畛 鱈ch m tr棚n 動畛ng i c坦 nhi畛u v畉t c畉n Phan Xu但n Minh: Nh畉n b畉ng Th畉c s挑 k畛 thu畉t (1976) v Ti畉n s挑 k畛 thu畉t (1989), chuy棚n ngnh i畛u khi畛n h畛c t畉i tr動畛ng Ilmenau University of Technology, Ilmenau, 畛c. Hi畛n l Gi叩o s動, c担ng t叩c v gi畉ng d畉y t畉i B畛 m担n i畛u khi畛n t畛 畛ng Vi畛n i畛n - Tr動畛ng 畉i h畛c B叩ch Khoa H N畛i. H動畛ng nghi棚n c畛u ch鱈nh: i畛u khi畛n t畛i 動u v b畛n v畛ng, i畛u khi畛n th鱈ch nghi, h畛 m畛 v m畉ng N董ron, i畛u khi畛n qu叩 tr狸nh. Ng担 M畉nh Ti畉n: H畛c 畉i h畛c B叩ch Khoa H N畛i, chuy棚n ngnh i畛u khi畛n t畛 畛ng t畛 nm 1996-2001. B畉o v畛 Th畉c s畛 nm 2004 v hi畛n nay ang theo h畛c Ti畉n s畛 t畉i 畉i H畛c B叩ch Khoa H N畛i. Hi畛n t畉i c担ng t叩c t畉i ph嘆ng Quang i畛n t畛 - Vi畛n V畉t L箪-Vi畛n Khoa H畛c v C担ng Ngh畛 Vi畛t Nam. H動畛ng nghi棚n c畛u ch鱈nh: i畛u khi畛n qu叩 tr狸nh, i畛u khi畛n th担ng minh v th鱈ch nghi, h畛 M畛 v m畉ng Neuron, i畛u khi畛n Robot, Robot t畛 hnh, h畛 th畛ng quang i畛n t畛 nh狸n 棚m, x畛 l箪 畉nh. L棚 Trung Ki棚n, hi畛n ang l sinh vi棚n nm th畛 5 theo h畛c chuy棚n ngnh i畛u Khi畛n T畛 畛ng, B畛 m担n i畛u Khi畛n T畛 畛ng-Vi畛n i畛n-畉i h畛c B叩ch Khoa H N畛i. H動畛ng nghi棚n c畛u ch鱈nh: i畛u khi畛n th鱈ch nghi, m担 h狸nh h坦a v m担 ph畛ng, h畛 th畛ng i畛u khi畛n nh炭ng. Tr畉n 畛c Hi畉u, t畛t nghi畛p 畉i h畛c B叩ch Khoa H N畛i, chuy棚n ngnh i畛u khi畛n t畛 畛ng nm 2012. L挑nh v畛c Nghi棚n c畛u ch鱈nh: L箪 thuy畉t i畛u khi畛n t畛 畛ng, i畛u khi畛n chuy畛n 畛ng, Robotics, c叩c h畛 th畛ng i畛u khi畛n nh炭ng, t鱈ch h畛p h畛 th畛ng t畛 畛ng h坦a. Ph畉m Vn Quy畉t, sinh nm 1976, t畛t nghi畛p H chuy棚n nghnh s動 ph畉m k畛 thu畉t i畛n nm 2002, th畉c s畛 KT nm 2008 t畉i HBK H N畛i. Hi畛n t畉i c担ng t叩c t畉i Tr動畛ng Cao 畉ng Ngh畛 H Nam. L挑nh v畛c nghi棚n c畛u t畛 畛ng h坦a c担ng nghi畛p, i畛u khi畛n c叩c qu叩 tr狸nh trong c担ng nghi畛p, i畛u khi畛n th鱈ch nghi. Nguy畛n Ph動董ng Nam sinh nm 1987. Anh nh畉n b畉ng C畛 nh但n V畉t l箪 nm 2009 v b畉ng Th畉c s畛 C董 i畛n t畛 nm 2011 t畉i tr動畛ng 畉i h畛c Rennes 1, CH Ph叩p. Hi畛n t畉i, anh ang 畉m nh畉n v畛 tr鱈 K畛 s動 ph畉n m畛m bay v h畛 th畛ng m担 ph畛ng v畛 tinh t畉i Trung t但m i畛u khi畛n v Khai th叩c V畛 tinh nh畛, Vi畛n c担ng ngh畛 V滴 tr畛, Vi畛n Hn l但m khoa h畛c v c担ng ngh畛 Vi畛t Nam. H Th畛 Kim Duy棚n: H畛c 畉i H畛c B叩ch khoa H N畛i, chuy棚n ngnh i畛u khi畛n t畛 畛ng t畛 nm 1996-2001, B畉o v畛 Th畉c s畛 t畉i H畛c Vi畛n k畛 Thu畉t qu但n s畛 2007. Hi畛n c担ng t叩c v gi畉ng d畉y t畉i Khoa i畛n t畛 - tr動畛ng 畉i H畛c C担ng Nghi畛p H N畛i. Chuy棚n m担n nghi棚n c畛u ch鱈nh: i畛u khi畛n qu叩 tr狸nh, C叩c b畛 i畛u khi畛n kh畉 tr狸nh PLC v m畉ng truy畛n th担ng c担ng nghi畛p, B畛 i畛u khi畛n th担ng minh v th鱈ch nghi, M畛 v m畉ng Neuron, X畛 l箪 畉nh. Nguy畛n Ng畛c Anh: T畛t nghi畛p H chuy棚n ngnh i畛n t畛 vi畛n th担ng nm 1998, Th畉c s畛 nm 2009 t畉i H畛c vi畛n k畛 thu畉t qu但n s畛. Hi畛n c担ng t叩c v gi畉ng d畉y t畉i Khoa i畛n t畛 - tr動畛ng 畉i H畛c C担ng Nghi畛p H N畛i. Chuy棚n m担n nghi棚n c畛u ch鱈nh: k畛 thu畉t i畛n t畛, x畛 l箪 t鱈n hi畛u s畛, i畛u khi畛n robot.