Xây dựng Robot tự hành dạng Nonholonomic và tổng hợp bộ điều khiển bám quỹ đạo

1

MC LC
MC LC 1
DANH MC HÌNH V 3
Danh mc các ký hiu và ch vit tt 6
M U 7
1. Tính cp thit ca lun án 7
2. Mc tiêu ca lun án 9
3. i tng và phm vi nghiên cu ca lun án 9
4. Ý ngha khoa hc và thc tin ca lun án 10
5. Ni dung ca lun án 11
CHNG 1. T VN  NGHIÊN CU VÀ XÂY DNG MÔ HÌNH
ROBOT THÍ NGHIM 13
1.1. Nghiên cu tng quan v h thng robot có gn camera 13
1.1.1 Tng quan v mt h robot có gn camera bám mc tiêu di đng 13
1.1.2. Tng quan tình hình nghiên cu trong và ngoài nc 17
1.2.3. Kt lun và la chn hng nghiên cu, phát trin Lun án 21
1.2. Xây dng mô hình robot t hành. 22
1.2.1. Xây dng cu trúc ca h robot t hành 22
1.2.2. Xây dng phn cng cho mch ch điu khin robot: 24
1.3. Kt lun chng 1 27
CHNG 2. THIT K CH TO CM BIN V TRÍ TRÊN C S X LÝ
NH CHO BÀI TOÁN BÁM MC TIÊU DI NG 29
2.1. Tng quan v h thng bám nh t đng 29
2.1.1. Tng th h bám 29
2.1.2. Kin trúc tng th h bám. 30
2.2. Lp trình x lý nh bám mc tiêu chuyn đng 32
2.2.1. Phng pháp bám theo các đc đim ca nh (Thut toán KLT) 32

2.2.2. Thut toán bám nh Camshift 35
2.2.3. Kt hp b lc Kalman vi thut toán bám nh Camshift 36
2.3. Kt lun chng 2 43
CHNG 3: MÔ HÌNH HÓA H ROBOT T HÀNHGN CAMERA 44
3.1. Mô hình hóa h thng Pan/Tilt. 44
3.2. Quy chiu ta đ mc tiêu và camera v ta đ tâm robot 48


2

3.3. Mô hình đng hc, đng lc hc robot di đng 50
3.4. Kt lun chng 3 55
CHNG 4: THIT K B IU KHIN THÍCH NGHI IU KHIN BÁM
QU O CHO ROBOT T HÀNH 56
4.1. Các phng pháp điu khin bám qu đo cho robot t hành 57
4.1.1. iu khin bám s dng trc tip hàm điu khin Lyapunov 58
4.1.2. Các phng pháp da trên điu khin trt. 60
4.1.3. Mt s thut toán khác 62
4.2. Thut toán thích nghi theo mô hình mu đ điu khin bám qu đo cho
robot t hành khi robot có tham s m, I là bt đnh 63
4.3. Thut toán điu khin bám qu đo thích nghi robot t hành khi có các
tham s m, I thay đi và chu tác đng bi nhiu. 68
4.3.1. Mô hình đng hc, đng lc hc: 69
4.3.2. Cu trúc ca h điu khin 70
4.3.3. Tng hp b điu khin thích nghi theo mô hình mu 71
4.3.3.1. B điu khin đng hc vòng ngoài 72
4.3.3.2. Tng hp b điu khin vòng trong 72
A. Xây dng mô hình đng hc mu 72
B. Gii thut điu khin thích nghi theo mô hình mu 74
C. Tính n đnh ca toàn h: 77

4.4. Kt qu mô phng 79
4.4.1. Khi qu đo đt là đng thng 81
4.4.2 Khi qu đo đt là đng tròn có tâm ti gc ta đ (0,0), bán kính bng 5
84
4.5 Kt qu chy thc nghim 88
4.6. Kt Lun chng 4 89
KT LUN 91
1. Các kt qu đt đc ca Lun án 91
2. Hng phát trin ca Lun án. 93
TÀI LIU THAM KHO 94
CÁC CÔNG TRÌNH Ã CÔNG B CA TÁC GI LUN ÁN 101



3

DANH MC HÌNH V
Hình 1.1. S đ tng quan ca mt h thng tích hp quang đin t 15
Hình 1.2. S đ h thng robot và camera c đnh 16
Hình 1.3. S đ h thng robot và camera di chuyn 17
Hình 1.4. nh mt s sn phm h quang đin t tích hp c đnh trên th gii 18
Hình 1.5. PAN robot, robot Pops, MIDbo 18
Hình 1.6. robot Talon, robot MARRS và robot Spirit thám him sao ha ca NASA 19
Hình 1.7. S đ tng quan ca h thng robot t hành bám mc tiêu di đng 22
Hình 1.8. Cu trúc tng th phn cng khi gn lin b x lý trung tâm trên xe robot . 23
Hình 1.9. Cu trúc tng th phn cng khi tách b x lý trung tâm đt riêng ti trung
tâm điu khin 23
Hình 1.10. nh chp toàn b h robot t hành sn phm 26
Hình 1.11. nh chp bên trong và bên ngoài robot 27
Hình 2.1. Cm bin nh, gimbal và b x lý 30

Hình 2.2. Ca s mc tiêu kh nhiu 31
Hình 2.3. Kin trúc toàn th h thng bám 32
Hình 2.4. Lu đ thut toán Camshift 36
Hình 2.5. S đ kt hp b lc Kalman và Camshift 37
Hình 2.6. S đ tóm tt ca b lc Kalman 38
Hình 2.7. Kt qu d đoán v trí vi b lc Kalman 39
Hình 2.8. B lc Kalman khi b che khut 40
Hình 2.9. S đ tóm tt ca b lc Kalman m rng 41
Hình 2.10. Vic theo dõi các chuyn đng phc tp s dng b lc Kalman m rng 42
Hình 2.11. Chp các frame chy thc nghim thut toán bám Camshift không có
Kalman 42
Hình 2.12. Chp các frame chy thc nghim vi thut toán bám Camshift có Kalman
43
Hình 3.1. Mô hình hóa h đ xoay Pan/Tilt 44
Hình 3.2. Mô hình robot t hành có gn đ xoay Pan/Tilt 48
Hình 3.3. Tính toán v trí đi tng theo ta đ robot 49


4

Hình 3.4. Tính toán đng hc ngc cho v trí thc camera 50
Hình 3.5. Phi cnh ca robot t hành dng non-honolomic c bn 51
Hình 3.6. Phi cnh ca robot di đng 53
Hình 4.1. Phi cnh ca h robot gn camera bám mc tiêu di đng 56
Hình 4.2. Cu trúc điu khin bám s dng hàm Lyapunov 58
Hình 4.3. Cu trúc rút gn điu khin bám s dng hàm Lyapunov 59
Hình 4.4. Cu trúc điu bám khin thích nghi tách mô hình đng hc và đng lc hc
63
Hình 4.5. Cu trúc hai vòng điu khin 70
Hình 4.6. S đ khi tng th ca h thng điu khin thích nghi đ xut 77

Hình 4.7. S đ cu trúc h thng điu khin 79
Hình 4.8. S đ mô phng trêm Simulink h thng khi s dng b điu khin thng 80
Hình 4.9. S đ mô phng trêm Simulink h thng khi s dng b điu khin thích nghi
theo mô hình mu đ xut 80
Hình 4.10. (a) Hi t ca các bin sai lch; (b) Vn tc tnh tin và vn tc quay khi
s dng b điu khin thng. 81
Hình 4.11. (a) Hi t ca các bin sai lch; (b) Vn tc tnh tin và vn tc quay khi
s dng MRAS. 82
Hình 4.12. (a) Hi t ca các bin sai lch; (b) Vn tc tnh tin và vn tc quay khi
s dng b điu khin thng khi tham s robot thay đi. 83
Hình 4.13. (a) Hi t ca các bin sai lch; (b) Vn tc tnh tin và vn tc quay khi
s dng b điu khin MRAS khi tham s robot thay đi. 84
Hình 4.14. (a) Qu đo bám các bin sai lch; (b) Vn tc tnh tin và vn tc quay
khi s dng b điu khin thng. 85
Hình 4.15. (a) Qu đo bám các bin sai lch; (b) Vn tc tnh tin và vn tc quay
khi s dng MRAS. 86
Hình 4.16. (a) Qu đo bám; (b) Vn tc tnh tin và vn tc quay khi s dng b điu
khin thng khi tham s robot thay đi. 87
Hình 4.17. (a) Qu đo bám; (b) Vn tc tnh tin và vn tc quay khi s dng b
điu khin MRAS khi tham s robot thay đi 87
Hình 4.18. S đ khi cu trúc tng th ca h thng 88


5

Hình 4.19. Giao din HMI trên máy tính PC 88
Hình 4.20. Mt s hình nh chy thc nghim robot t hành bám và gp đi tng là
qu bóng màu đ R=5cm. Kt qu robot bám và gp vt tt, tuy nhiên mi ch th
nghim trong phm vi <1m
2

, bi cnh (nn và nhiu) nh hng rt ln đn kt qu.
89
Hình 4.21. Mt s hình nh chy thc nghim robot t hành bám đi tng là qu
bóng màu vàng R=5cm. Tc đ bám chm (<10 hình/giây) và ph thuc nhiu vào
nn và nhiu xung quanh. 89


6

Danh mc các ký hiu và ch vit tt

Ch vit tt Ting anh Ting vit
ASIC
Application-Specific Integrated
Circuit
Mch tích hp ng dng chuyên
bit (hay IC chuyên dng)
DSP Digital Signal Processor B x lý tín hiu s.
HSV Hue, Saturation and Value
không gian màu HSV, là mt
không gian màu da trên ba s liu:
(Hue) vùng màu; (Saturation) đ
bão hòa màu; (Value) đ sáng.
I/O In/Out Vào/Ra
KLT
Kanade–Lucas–Tomasi Feature
Tracker
Bám theo đc trng nh
LED Light-emitting Diod i t phát quang
LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh th lng

MCU Micro Control Unit Vi điu khin
MIMO
Multiple-Inputs and Multiple-
Outputs
H nhiu đu vào-nhiu đu ra
MRAS
Model Reference Adaptive
Systems
H thích nghi mô hình mu
MISO Multi Input –Single Output H nhiu đu vào- mt đu ra
FLS Fuzzy Logic System H logic m
FMRLC
Fuzzy Model Reference
Learning Control
iu khin m thích nghi mô hình
mu
PID
Proportional–Integral–
Derivative
B điu khin t l vi tích phân
PC Persional Computer Máy tính cá nhân
PWM Pulse Wide Modulation iu ch đ rng xung
SISO Single Input- Single Output H mt đu vào-mt đu ra



7

M U

1. Tính cp thit ca lun án
Robot đang là tâm đim ca mt cuc cách mng ln sau Internet, ngày càng
đc ng dng rng rãi trong công nghip, cuc sng, an ninh quc phòng, và thám
him không gian. Các nghiên cu tp trung vào ci thin, tng tính linh hot, kh nng
thích ng khi làm vic  nhng v trí và các ng dng khác nhau cho robot t hành
đang thu hút các nhà nghiên cu. Bên cnh ng dng các ci tin các thit k c khí,
c cu chp hành chuyn đng linh hot thì vic ng dng “mt máy” và phn mm
x lý, điu khin s đem li cho robot tính linh hot và thông minh. Các robot t hành
có gn camera và các thit b k thut khác nhm thc hin mt nhim v đt trc, ví
d nh các h thng phát hin li ca vt liu s dng camera, các h thng dò đng,
h thng phát hin li và hàn t đng, vn chuyn hàng hóa trong kho bãi, các h phát
hin và bám mc tiêu di đng,…Trong các h phát hin và bám mc tiêu di đng,
camera đc trang b đ có th nhn bit mc tiêu, kt hp vi các thut toán x lý nh
đ xác đnh chính xác v trí ca mc tiêu (có chc nng nh mt mt thn) đ t đó
điu chnh c cu chp hành sao cho tâm ca mt bám đúng mc tiêu. Trong nhng
nm gn đây, các h thng bám mc tiêu di đng đc quan tâm nghiên cu rt rng
rãi, nht là trong lnh vc quc phòng. Lun án đ cp đn vic nghiên cu thit k và
ch to robot t hành dng non-holonomic bám mc tiêu di đng trong phòng thí
nghim c đin t vi mc đích phc v cho công tác nghiên cu các thut toán x lý
nh và điu khin hin đi làm tin đ cho vic ch to các sn phm phc v đào to,
y t, công nghip và xa hn na là ng dng cho an ninh, quc phòng. Sn phm trông
đi ca lun án là mt robot t hành t đng bám mc tiêu di đng trong phòng thí
nghim.
Ngày nay, vi s phát trin ca công ngh đin t, tc đ tính toán ca vi x lý
tng vt tri, các chc nng h tr giao tip vi các ngoi vi cng đc tích hp trên
mt chip, nh vy mà các phng pháp x lý nh hin đi và các phng pháp điu
khin phc tp nh điu khin thích nghi bn vng có th thc thi mt cách d dàng
hn, chính vì th các h thng bám mc tiêu di đng đc ci thin rt nhiu v mt
cht lng. Vì th, các nghiên cu phát trin thut toán x lý nh hin đi và các thut

toán điu khin bám thích nghi, bn vng ngày càng tr nên cp thit do kh nng thc


8

hin các thut toán này trong thc t s giúp cho các h thng điu khin bám mc tiêu
n đnh, chính xác và bn vng hn khi h thng hot đng trong môi trng thc t
có nhiu tác đng và có s thay đi ca tham s mô hình.
Các robot thông minh có trang b camera thng có hai loi: loi đt c đnh
thng là mt b đ xoay Pan/Tilt có gn camera (robot hai bc t do) và loi th hai
là robot t hành có gn camera. Trên th gii, các h thng bám đt c đnh thng
đc phát trin bi các tp đoàn sn xut ch to v khí, thit b an ninh trên th gii,
đó đu là nhng tp đoàn, công ty có nhiu nm kinh nghim trong lnh vc sn xut
ch to v khí, thit b an ninh. Cng đã có mt s công trình công b liên quan
[35,36,37,38] tuy nhiên đa s là nhng bài nghiên cu, gii thiu tng quan không h
có các kt qu c th, chi tit hay là bí quyt công ngh mi trong đó. Vì đây là các h
thng tích hp ng dng nhiu cho an ninh, quc phòng nên có tính nhy cm rt cao,
do vy vic bí mt các bí quyt công ngh là tt yu. ã có rt nhiu loi sn phm
đc thng mi hóa, tuy nhiên giá ca mt h thng robot tích hp t đng bám mc
tiêu (ng dng cho an ninh, quc phòng) tùy theo các tính nng kèm theo có giá t vài
trm nghìn, hàng triu đn vài chc triu USD (đc bit là Vit Nam không th mua
đc đng b vì thng b cm xut khu). Do đó, vic nghiên cu v lnh vc này tr
nên cp thit, cng đã có mt s c quan nghiên cu ca Vit Nam đã và đang phát
trin các nhim v nghiên cu theo hng này và đã đt đc mt s thành qu nht
đnh [13,14,15,20].
Thi gian gn đây, các robot t đng bám mc tiêu đang thu hút s tp trung
nghiên cu. Trên th gii, các h thng này đc trang b trên các tàu chin, xe tng,
máy bay chin đu, máy bay không ngi lái, hay là các robot chin binh đ dò phá
bom mìn, tình báo, hot đng trong các môi trng đc hi, các đa hình him tr,….
Vi h thng bám di đng thì đ phc tp đã tng lên, các công b khoa hc liên quan

li rt ít, đc bit là các công trình liên quan đn vic thit k, ch to thì hu nh
không có [70,77]. Ti Vit Nam, các kt qu nghiên cu  lnh vc này cha nhiu,
đc bit các c s nghiên cu không trc thuc b quc phòng cha đc h tr kinh
phí đ phát trin nghiên cu và ch to th nghim các sn phm nên kh nng tip
cn trình đ th gii còn nhiu khó khn.
Xut phát t nhng lun đim đã nêu trên, nghiên cu sinh đã la chn đ tài cho
lun án ca mình là:
“Xây dng Robot t hành dng Non-holonomic và tng hp b điu khin bám qu
đo”


9

Ni dung nghiên cu ca lun án này s tp trung vào vic xây dng và phát
trin mt h robot t hành dng non-holonomic có gn camera, có kh nng bám theo
mc tiêu di đng.  thc hin đc ni dung này cn phi tin hành các bc: ch
to phn cng cho robot t hành, mô hình hóa và mô phng h robot đã xây dng,
nghiên cu các thut toán x lý bám nh t đng và nâng cao cht lng bám, nghiên
cu các thut toán điu khin bám cho robot đ t đó đ xut thut toán điu khin
thích nghi nâng cao cht lng bám cho h phi tuyn có mô hình bt đnh, và cui
cùng là hin thc hóa các nghiên cu bng sn phm ca lun án, mt robot t hành
bám mc tiêu di đng, nhm mc đích kim tra tính đúng đn ca các thut toán đc
đ xut và làm c s phát trin các nghiên cu tip theo.
2. Mc tiêu ca lun án
Mc tiêu ca lun án là nghiên cu, đ xut thut toán điu khin thích nghi cho
robot t hành bám qu đo trên c s h phi tuyn bt đnh, đc bit chú ý đn cht
lng bám và s thay đi ca các tham s ca robot (bi mc đích ng dng ca robot
là tng tác vi đi tng và môi trng khác nhau) và chu tác đng ca nhiu khi
hot đng trên các đa hình khác nhau.
Mt yu t cng cn chú ý là thut toán đó phi hng đn lp trình nhúng trên

vi x lý và chy th nghim thc t các thut toán mi đ xut, do đó nhim v là phi
thit k, ch to mt robot t hành có gn camera t đng bám mc tiêu di đng trong
phòng thí nghim đ kim chng. Bên cnh vic tp trung nghiên cu thut toán điu
khin mi, vic nghiên cu và đ xut thut toán trong x lý nh đ ci thin cht
lng phát hin và đnh v mc tiêu phi tin hành song song, bi tc đ, đ chính xác
tng th ca toàn h thng gn lin vi đ chính xác ca “sensor nh”.
3. i tng và phm vi nghiên cu ca lun án
V lý thuyt:
 Nghiên cu tng quan v h thng quang đin t tích hp, robot t hành, tình
hình nghiên cu trong và ngoài nc, t đó rút ra các hng nghiên cu thích hp cho
lun án.
 Nghiên cu các thut toán x lý nh bám bt mc tiêu di đng, đ xut các
phng pháp ci thin nâng cao cht lng và tc đ bám.
 Mô hình hóa và mô phng đng hc, đng lc hc, đng hc ngc ca mô
hình robot t hành, các bài toán quy đi các ta đ, trc ta đ ca bài toán điu khin
bám robot theo nh.


10

 Nghiên cu các thut toán điu khin thích nghi robot, mc đích là nâng cao
cht lng bám và kh nng thích nghi khi robot có các tham s thay đi và có nhiu
tác đng khi hot đng trong môi trng thc t và tng tác vi mc tiêu (có các
tham s khi lng và mô men quán tính thay đi và chu tác đng ca nhiu sai lch
mô hình).
 Thit k mt cu trúc phn mm điu khin hoàn chnh, đng b hóa và có kh
nng cài đt cho robot thc t đ kim đnh các kt qu nghiên cu lý thuyt chuyên sâu
vào sn phm robot.
V thc hành:
 Vi mc tiêu sn phm phi có kh nng ng dng, do đó công vic kho sát,

đánh giá các sn phm đã có trong và ngoài nc nhm rút ra các tiêu chun cho sn
phm ca lun án là công vic đu tiên.
 Thit k và ch to đng b phn cng và các thit b ngoi vi vi phn c khí
theo đúng tiêu chun công nghip, thun tin cho ngi s dng, d dàng lp ghép
thao tác và nâng cp. Ch to các mch đin t, điu khin, giao tip ngoi vi vi mc
tiêu đ nhanh, mnh theo hng có th m rng và nâng cp.
 Nghiên cu, thit k và ch to cm bin đnh v mc tiêu trên c s công
ngh x lý nh kt hp vi b lc Kalman.
 Thit k cu trúc, lp trình, cài đt các thut toán đã nghiên cu cho robot,
chy th nghim và đánh giá kt qu.
4. Ý ngha khoa hc và thc tin ca lun án
Ý ngha khoa hc:
 Mt thut toán thích nghi theo mô hình mu mi đc đ xut đ điu
khin bám qu đo cho robot t hành khi robot có tham s m, I là bt đnh và có tác
đng ca nhiu. Thut toán này cha đc cài đt trên bt c robot nào trc đó trong
và ngoài nc, có tính linh hot cao, cu trúc đn gin, d dàng cho vic lp trình cài
đt trên vi x lý, có kh nng thích nghi khi có nhiu tác đng hoc khi tham s m và I
ca robot thay đi đc bit thích hp vi mô hình robot sn phm ca lun án. B điu
khin đ xut là s kt hp gia hai khâu: b điu khin phi tuyn cho mô hình đng
hc và b điu khin thích nghi mô hình mu cho mô hình đng lc hc s dng thông
tin phn hi t c cu chp hành ca robot t hành.
Ý ngha v mt công ngh thc tin:


11

 Thit k, ch to và chy th nghim thành công robot t hành có gn
camera. Sn phm này có th s dng trong đào to thc tin cho sinh viên, hc viên
cao hc các ngành robot, t đng hóa, điu khin và c đin t… hin đang rt cn ti
Vit Nam. Sn phm cng đang đc s dng đ phc v đào to và nghiên cu khoa

hc cho sinh viên ngành điu khin t đng, trng i hc Bách khoa HN, i hc
KH&CN – Vin Hàn lâm Khoa hc và Công ngh Vit Nam, ngành c đin t, in
t trng i hc Công nghip Hà Ni và trng Cao đng ngh Công ngh cao Hà
Ni. Hng phát trin đn các ng dng thc tin nh ch to các robot dò tìm li và
hàn t đng, dò đng và tri thm nha đng t đng, robot quan trc môi trng
ti các ni có điu kin môi trng đc hi, robot phc v chm sóc y t, robot dò phá
bom mìn…
5. Ni dung ca lun án
B cc ca lun án bao gm 5 Chng:
Chng 1: "t vn đ nghiên cu và xây dng robot t hành", nghiên cu
tng quan v h thng robot t hành có gn camera t đng bám theo mc tiêu di đng,
các nghiên cu liên quan đn lnh vc này trong và ngoài nc nhm đnh hng
nghiên cu phát trin cho lun án bao gm các yêu cu v phn cng, phn mm,
nghiên cu và phát trin thut toán x lý nh, thut toán điu khin mi phù hp cho
sn phm ca lun án đc đ xut.
Chng 2: " Thit k ch to cm bin v trí trên c s x lý nh cho bài toán
bám bt mc tiêu di đng" đi sâu nghiên cu các vn đ v lý thuyt x lý nh bám
bt: cu trúc ca mt vòng x lý và điu khin bám bt mc tiêu di đng, các thut
toán x lý nh bám bt mc tiêu di đng nh KLT, Corelation Template, MeanShif,
Camshif.  xut mt gii pháp mi là kt hp thut toán Camshift vi b lc Kalman
đ ci thin cht lng nh nhm nâng cao đ chính xác ca cm bin bt mc tiêu.
Chng 3: "Mô hình hóa h robot t hành có gn camera" đi sâu nghiên cu
các phng pháp mô hình hóa, mô phng h robot t hành có gn camera, đng b h
trc ta đ v ta đ tâm robot nhm phc v cho bài toán thit k thut toán điu
khin bám qu đo, xây dng mô hình mô t đng hc, đng lc hc, đng hc ngc
ca robot t hành có gn camera, sn phm ca lun án, đã đc thit k và ch to 
Chng 1 và quy đi h ta đ v tâm ca robot sn phm đc kt hp vi các thut
toán x lý nh  chng 2 đ xác đnh qu đo đt cho bài toán điu khin bám qu
đo ca robot t hành đc nghiên cu  chng tip theo sau.

12

Chng 4: "Thit k b điu khin thích nghi điu khin bám qu đo robot t
hành". ây là đóng góp chính ca lun án. Trong chng này, ngoài vic trình bày
mt s phng pháp điu khin bám qu đo cho robot t hành đã đc công b,
nghiên cu v thut toán thích nghi theo mô hình mu bám qu đo cho robot t hành
mi công b [60] đc trình bày. T các phân tích u nhc đim ca thut toán này,
mt đ xut mi nhm m rng thut toán thích nghi theo mô hình mu bám qu đo
cho robot t hành ngoài các tham s khi lng m,và moment quán tính I là bt đnh
còn có thêm tác đng ca nhiu. B điu khin đ xut đc thc hin trên c s cu
trúc điu khin cascade gm hai khâu: b điu khin phi tuyn cho mô hình đng hc
và b điu khin thích nghi mô hình mu cho mô hình đng lc hc s dng thông tin
phn hi t c cu chp hành ca robot t hành. Tính n đnh ca h kín đc kho sát
và tha mãn bi vic la chn hàm Lyapunov tng thích. Các kt qu mô phng,
chy th nghim cho thy tính đúng đn ca các phân tích lý thuyt, hiu qu ca ca
b điu khin đ xut và kh nng ng dng trong thc t.
Chng 5: “Kt lun” trình bày tóm tt các đóng góp chính ca lun án và
hng phát trin ca lun án trong tng lai.


13

CHNG 1. T VN  NGHIÊN CU VÀ XÂY DNG MÔ
HÌNH ROBOT T HÀNH


Các h quang đin t tích hp hay robot thông minh có trang b camera thng
có hai loi: loi đt c đnh thng là mt b đ xoay Pan/Tilt có gn camera (robot
hai bc t do) và loi th hai là robot t hành có gn camera. Loi th nht đc tp

trung nghiên cu và có nhiu sn phm ni bt đã đc s dng cho các h thng an
ninh, quc phòng đc bit là các h thng khí tài trang b cho phòng không không
quân, hi quân, và cnh gii b bin… Ngoài vic h Pan/Tilt c đnh có tích hp
camera nh trên, hin hng nghiên cu các robot t hành có gn camera cng đang là
hng nghiên cu tp trung ca các nhà nghiên cu. Mt h thng robot thông minh
có gn v khí cng đc s dng nhiu trong y t, công nghip, an ninh quc phòng và
có kh nng thay th con ngi làm vic trong các điu kin khc nghit và nguy him
hoc khám phá không gian. Các robot t hành loi này trc đây thng hot đng
bng các cm bin nh cm bin màu sc, hng ngoi, cm bin dò đng, siêu âm.
Gn đây các robot loi này đc phát trin và tích hp thêm “th giác”, vic tích hp
trên robot h thng camera thông minh ng dng công ngh x lý nh s tng kh
nng c đng, và “thông minh” cho robot.
Ni dung ca chng 1 tp trung vào vic nghiên cu tng quan v mt h robot
t hành có gn camera, phân tích tình hình nghiên cu trong và ngoài nc nhm rút
ra hng nghiên cu trng tâm ca lun án. Chng này cng trình bày vic xây dng
và phát trin hoàn thin phn cng cho mt robot t hành có gn camera nhm mc
đích vào vic th nghim lý thuyt, thut toán nghiên cu ca lun án.
1.1. Nghiên cu tng quan v h thng robot có gn camera
1.1.1 Tng quan v mt h robot có gn camera bám mc tiêu di đng
Thông tin hình nh nhn đc t đôi mt có vai trò rt quan trng đi vi con
ngi, nó là kênh thông tin ch yu đ đa ra các quyt đnh ca con ngi, có cu to
không quá phc tp song li cha mt lng thông tin khng l. Do đó vic nghiên
cu và đa các ng dng ca th giác vào ng dng trong thc t đã đc đa ra t
khá lâu, tuy nhiên ch mi my thp k gn đây, vi s phát trin mnh ca các ngành
công ngh cao liên quan nh toán – công ngh thông tin, công ngh vi đin t – x lý


14

tín hiu s, đu thu quang lng t, laser, vi c - quang - đin t MEMS, OMEMS thì

nhng ý tng đó mi dn tr thành hin thc và “th giác máy” tr thành mt ngành
khoa hc mi vi đy nhng ha hn. Xin nêu mt s ng dng c th [19]:
1/. Trong quân s: Các h thng tích hp nhìn ngày và quang hng ngoi nhìn
đêm có kh nng quan sát và t đng điu khin dàn ha lc (pháo, tên la) đc lp
đt cho các cht đim trên đt lin, cho cht canh ca các hi đo, trn đa cao x, trên
xe tng, tàu chin, máy bay, tên la hoc v tinh. Chúng đc thay th và h tr các
dàn rada d b nhiu trong vic t đng phát hin, cnh gii, bám bt mc tiêu. c
bit có nhng loi lp trên máy bay có kh nng điu khin ha lc đánh phá hàng
chc mc tiêu mt lúc. Ngoài ra còn phi k đn các đu t dn tên la và đn thông
minh
2/. Trong an ninh, phòng chng ti phm, bo v pháp lut: Các h thng camera
nhn dng khuôn mt vân tay t đng cng nh phát hin, theo dõi, cnh báo các âm
mu và hot đng khng b. Các xe robot t hành có gn các camera cng đc ng
dng trong các môi trng đc hi, dò phá bom mìn.
3/. Trong lnh vc hàng không v tr: Các h thng ng kính chp nh vin thám
(remote sensing) lp trên các v tinh bay quanh trái đt có th chp và quan sát đc
các vt kích c 0,5 m t đ cao 750 km trong mi điu kin thi tit Vic ni ghép
các ng kính này vi h thng GPS s cho phép xây dng các bn đ s có nhng lnh
vc ng dng cc k quan trng trong quc phòng an ninh, phát trin kinh t, xã hi
Các robot t hành thám him các hành tinh mà con ngi cha th ti đc.
4/. Trong công nghip, giao thông, xây dng: H thng quang đin t đóng vai
trò ca các th giác máy (machine vision) có kh nng t đng đo đc kim tra cht
lng sn phm trong các dây chuyn sn xut: phân loi ht ng cc, cà phê; tìm li
lp ráp linh kin các bn vi mch và khuyt tt các mi hàn và đng c. Các h thng
này cng đc ng dng nh các robot hàn t đng, vn chuyn kho bãi, tri thm
nha, aphal trong xây dng đng giao thông Các h thng quang đin t cng đc
ng dng ngày càng nhiu trong giao thông nh đo tc đ, t đng kim soát điu
khin và phân lung giao thông.
5/. Trong nghiên cu y sinh dc hc: Các kính hin vi có kh nng t đng
nhn dng và đo đm các t bào vi đ chính xác cao. Các kính hin vi có h thng

dn đng laser cho phép thc hin nhng phu thut rt phc tp nh m u não, ni


15

mà mt s không chính xác c m cng gây tn hi đn các dây thn kinh chng cht
xung quanh
6/. Trong công nghip gii trí truyn hình: Các h thng tích hp có th điu
khin các camera kích thc và khi lng ln d dàng t đng bám theo các đi
tng chuyn đng nhanh nh bóng đang bay, đua xe
- Cu to và nguyên lý hot đng
Qua nhng ng dng trên cho thy: mt h robot có gn camera (h quang đin
t tích hp) là mt chu trình khép kín t lúc phát tín hiu hình nh (đi tng, ngun
sáng s dng ) qua khâu truyn ti và bin đi tín hiu quang hc (các ng kính )
cho đn vic thu nhn (CCD ) x lý và điu khin các c cu chp hành. Trong mi
khâu ta đu thy s tích hp ca nhiu lnh vc công ngh cao nh toán-tin hc, vi
đin t-máy tính, đu thu quang lng t, laser, c khí chính xác, quang hc, MEMS,
OMEMS, điu khin đin t đng, robot, x lý nhn dng nh

Hình 1.1. S đ tng quan ca mt h robot có tích hp camera.
S đ nguyên lý hot đng ca h robot có tích hp camera đc biu din qua
Hình 1.1 [19] nó bao gm nhng cm chc nng chính sau:
1/- H thu nhn tín hiu hình nh: bao gm các camera, ng kính.
S hóa nh

A/D

X lý và
nhn dng
nh

Các đèn chiu
sáng ph

Hin th nh


iu khin

các đng c


u thu
CCD, IR

C
m bin h tr
khác

Lu tr nh


Máy in
Các tín hiu
cnh báo

Truyn tín hiu
điu khin cho
các tr
m khác

Thi
t b điu
khi
n (PLC,
vi điu khin

)
truyn
thông


16

2/- B chuyn đi tín hiu A/D: mch vi đin t frame grabber đ s hóa tín hiu
hình nh cho máy tính, b vi x lý, b x lý tín hiu s.
3/- H thng điu khin trung tâm: s phát trin v bão ca công ngh sn xut vi
mch đã đa ra nhng công ngh vi x lý mi da trên x lý tín hiu s có tc đ và
hiu nng tính toán cao nh ARM, DSP, FPGA và mch ASICs (custom aplication-
specific intergrated circuits) không ch làm tng tc đ x lý tính toán điu khin mà
còn thu nh đc kích thc thit b gp nhiu ln.
4/- Máy tính và chng trình phn mm nhn dng và x lý nh t đng: có th
vit bng ngôn ng nhúng trên vi x lý, DSP, FPGA, ASIC hoc trên ngôn ng bc
cao nh C, C++, VisualC, Labview, Matlab…đ chy trên máy tính PC hoc máy tính
nhúng.
5/- H sensor h tr khác: đo xa laser (YAG-Neodym hoc laser diode), Gyro
sensor, la bàn s, cm bin t trng, sensor siêu âm…vv có th ghép ni máy tính, vi
x lý thông qua giao tip ni tip, hoc RF, 3G …vv.
6/- H thng truyn đng (các đng c): thng dùng là các đông c servo AC
và DC. Nu đt trên phng tin di đng (xe, tàu thy, máy bay, v tinh ) thì cn phi
có b n đnh trên c s các con quay hi chuyn (gyroscope).

7/- H thng các thit b ngoi vi và và kt ni vi trm khác.
8/- H thng cung cp đin: n áp và dòng cung cp cho toàn b h thng










Hình 1.2. S đ h thng robot và camera c đnh.
Camera
Robot
Tín hiu điu
khin
Máy
tính
i tng


17

H thng quang đin t tích hp có th phân thành 2 lp, theo nh cu trúc ca
h, đó là h đt c đnh (tay máy robot c đnh và có camera gn c đnh Hình 1.2) và
h di đng (có camera gn trên robot t hành Hình 1.3). Trong h camera c đnh,
camera đc gn c đnh so vi h trc ta đ thc, thu thp nh ca c mc tiêu và c
môi trng. Mc tiêu ca h camera c đnh này là cung cp tín hiu điu khin sao
cho robot có th tng tác vi đi tng theo mt bài toán mong mun, h thng này

thng đc ng dng trong các dây chuyn sn xut, phân loi sn phm, trong công
nghip, bám mc tiêu trong an ninh quc phòng.








Hình 1.3. S đ h thng robot t hành gn camera di chuyn
Trong Hình 1.3 là h có camera gn trên robot và c h robot và camera s di
chuyn. Mc đích ca cu trúc này là điu khin robot sao cho nh ca mc tiêu di
đng hoc c đnh đc duy trì  v trí mong mun trên mt phng nh thu đc.
Mc đích ca h thng bám t đng là đ duy trì mt “đng ngm” vit tt là
LOS (Line Of Sight) cm bin - mc tiêu mt cách n đnh và hoàn toàn t đng trong
khi tn ti c chuyn đng tng đi ca mc tiêu và chuyn đng ca đ gn cm
bin làm nhiu lon ti d liu cm bin hình nh. Mc tiêu thng đc đnh v ban
đu, bi hoc là ngi điu khin hoc là h thng nhn dng mc tiêu t đng. Sau
đó, h thng bám s khoá cht mc tiêu và duy trì LOS t đng.
1.1.2. Tng quan tình hình nghiên cu trong và ngoài nc
1.1.2.1. Tình hình nghiên cu ngoài nc
Trên th gii có mt s tài liu nh: [35, 36, 37,38, 73, 74]. ây là mt s công
b rt ít liên đn h thng quang tích hp trên th gii. Tuy nhiên đây đa s là nhng
bài nghiên cu, gii thiu tng quan không h có công b c th, chi tit hay là bí
quyt công ngh mi trong đó. Vì đây là các h thng tích hp có tính cht đa ngành,
robot t hành
camera
Vt th cn giám sát

18

ng dng nhiu cho an ninh, quc phòng do đó vic bí mt các bí quyt công ngh là
tt yu.
Vi các tp đoàn, công ty chuyên sn xut các thit b cho An ninh, Quc phòng
ln trên th gii nh: NASA, Northrop Grumman, Lockheed Martin, Kollmorgen,
Santa Barbara, Raytheon, Radamec, Newcon Optics, Flir…thì ch công b các tính
nng k thut, chc nng hot đng ca các h thng quang đin t tích hp sn phm
ca mình, tt c các tài liu nghiên cu, thit k, tích hp chuyên sâu đu không đc
đ cp. Vic nghiên cu và đi đn thit k ch to h quang đin t bám bt theo nh
là rt có ý ngha, nu chúng ta ch đng đc các khâu t nghiên cu, phát trin cho
đn công ngh ch to thì ngoài tính kinh t còn bo đm tính bí mt bt ng. Công
ngh này có tính lng dng nên s có th m ra và phát trin nhiu ng dng trong
các lnh vc khác nh công nghip, giao thông, y t, nghiên cu, truyn hình

Hình 1.4. nh mt s sn phm h quang đin t tích hp c đnh trên th gii

Hình 1.5. PAN robot, robot Pops, MIDbo (ngun:
www.mobilerobot.org)


19

Thi gian gn đây, các nghiên cu v dân s và tp trung  hng robot t hành
có gn camera (Hình 1.6) và bám theo mc tiêu di đng, các công trình nghiên cu t
[44÷66] đu tp trung vào hng nghiên cu này.

Hình 1.6. robot Talon, robot MARRS và robot Spirit thám him sao ha ca NASA
Trên th gii, các h thng quang đin t tích hp đc phát trin bi s ít các

tp đoàn sn xut ch to v khí, thit b an ninh, đó đu là nhng tp đoàn, công ty có
nhiu nm kinh nghim trong lnh vc sn xut ch to v khí, thit b an ninh. Nhìn
chung, các b điu khin này rt đa dng v chng loi, mc đích s dng, hình dáng,
kích thc và tính nng, có th rút ra mt s đc đim chính ca các b điu khin đó
nh sau:
+ V phn cng:
Hình thc: rt đa dng, gn, chc chn, d lp đt tùy tng loi ng dng, tm
quan sát, và đm bo các yêu cu v an ninh, quân s: kín khít, chng n mòn, chu
đc thi tit khc nghit nh ma, gió, khí hu bin….
Mch in đc thit k nhiu lp, đc nhit đi hóa đ bo đm hot đng an
toàn tin cy, có kh nng chng nhiu. Các b điu khin s dng ngun đin đin áp
mt chiu 24V hoc 12V. Ngun đin luôn luôn s dng các mch bo v quá đin áp
và quá dòng. Vi x lý và tt c các linh kin đin t đu là loi đc chng dành cho
quân s.
Tùy theo mc đích tng loi và ng dng mà h có các đu vào ra thích hp vi
các ng dng đ tit kim chi phí và kích thc sn phm. Tuy nhiên, các đu vào, ra
d dàng giao tip, ghép ni vi các thiêt b ngoi vi khác cng nh có kh nng m
rng vi thit b bên ngoài nh h xoay súng, pháo, tên la…
+ V phn mm:
a s đu ging nhau, có chc nng chính nh sau:


20

- c nh, video t camera truyn v, hin th, lu tr nh thu đc, truyn hình
nh qua cáp, mng truyn thông không dây, Wifi…
- Có các chc nng điu khin h đ xoay, các thit b ngoi vi.
- Giao tip vi Module Joystick đ điu khin.
- Hin th v trí, vn tc và góc quay.
- Có kh nng bám mc tiêu t đng.

1.1.2.2. Tình hình nghiên cu trong nc
T nhiu nm nay, mt s c quan nghiên cu ch yu thuc B Quc phòng đã
đt vn đ nghiên cu xây dng h thng, có th k ra:
- Vin Nghiên cu T đng hóa Quân s đã nghiên cu và ch to thành công h
quang đin t tích hp ng dng cho ha lc tên la phòng không không quân. ây là
 tài đã đot gii thng H Chí Minh v Khoa hc công ngh. ây cng là công
trình mang tính cht tuyt mt.
- Vin V khí và Phân Vin Vt lý K thut thuc Vin Khoa hc Công ngh và
K thut Quân s - B Quc phòng cng đã nghiên cu trin khai h tích hp ng
dng cho pháo phòng không.
- Vin Nghiên cu ng dng công ngh B Khoa hc và Công ngh đã đt vn
đ nghiên cu ch to h thng quang đin t tích hp t đng bám mc tiêu da trên
hình nh và đã đt đc mt s kt qu nht đnh, và đây cng là h thng ng dng
cho Phòng không không quân, tm quan sát xa.
- Ngoài ra còn phi k đn mt s c quan khác nh Hc vin k thut quân s,
quân chng phòng không không quân cng đã nghiên cu trin khai, tuy nhiên các kt
qu do đc thù quân s mà thông tin không đc công b nhiu.
ánh giá chung là đa s các h thng này đu là các sn phm phc v bám mc
tiêu bay, là các h quang đin t tích hp đt c đnh, phc v cho phòng không, có
tm quan sát bám bt xa (>2Km). Mc dù các nghiên cu đã có các kt qu đã đc
khng đnh, tuy nhiên vì đây là mt h thng đòi hi s kt hp ca rt nhiu lnh vc
khoa hc công ngh cao và đc bit là lnh vc ng dng cho quc phòng do đó các
thông tin là rt hn ch.
i vi các h robot t hành gn camera bám mc tiêu di đng, cng đã có mt
s công trình thuc các c quan nghiên cu ngoài B Quc phòng đc công b [13,
14, 15, 16, 17, 18,19, 20] và cng nh đang đc phát trin: nh Vin Công ngh


21

thông tin, i hc Công ngh, i Hc Bách Khoa Hà Ni và TP HCM. Tuy nhiên có
th nhn thy đi vi h robot t hành có gn camera hin ti các kt qu nghiên cu
trong nc là rt ít.
1.2.3. Kt lun và la chn hng nghiên cu, phát trin Lun án
Sau nhng phân tích tng hp tình hình nghiên cu ca các h robot có tích hp
camera (c h c đnh và h di đng) trong và ngoài nc  trên, hng nghiên cu
ca lun án là s tp trung vào h robot t hành có gn camera có kh nng t đng
bám mc tiêu c nh trong phòng thí nghim. C th các nhim v cn phi thc hin
ca lun án:
- Xây dng mt robot t hành có gn camera: đây là công vic đu tiên và cn
thit, là c s cho vic hin thc hóa các kt qu nghiên cu v các thut toán ca lun
án. Lý do khác cho vic la chn nhim v này là vic mua mt sn phm robot t
hành có sn s tn kinh phí không nh và đc bit là s không ch đng trong cu hình
cng, nâng cp. Ngoài ra, thc s vic xây dng, ch to mt robot cng có ý ngha
thc tin bi hin các robot loi này  các trng đi hc, cao đng, đn v nghiên cu
ngoài quân s là rt thiu, ng dng đu tiên ca sn phm này là s trang b cho các
phòng thí nghim c đin t ca các c s đào to.
- V phn xây dng cm bin t camera (x lý nh, xác đnh v trí mc tiêu):
ngoài vic nghiên cu và ng dng các thut toán x lý nh đã có, vn đ nâng cao
cht lng, bn vng ca quá trình bám nh là nhim v nghiên cu.  xut đa b
lc Kalman vào vic nâng cao cht lng bám là mt gi ý, bi các công trình công b
trc đã có mt s kt qu tuy nhiên hoc là mi ch dng  kt qu mô phng, hoc
là mi ch áp dng cho các h c đnh.
- V phn thit k h thng điu khin:
+ Trc tiên là mô hình hóa và mô phng tng th h thng robot t hành đã xây
dng t v trí ca mc tiêu, v trí robot quy v h trc ta đ nm trên tâm robot. Tính
toán đng hc thun, đng hc ngc ca h đ phc v cho bài toán điu khin.
Nghiên cu mt thut toán điu khin thích nghi bám qu đo cho robot t hành khi có
tham s: khi lng, moment thay đi và có nhiu ma sát khi robot di chuyn trên các
đa hình khác nhau, đây là vic thng xuyên xy ra đi vi robot t hành. Mt yêu

cu là thut toán có cu trúc đn gin và bn vng nhm mc đích có th lp trình
nhúng và th nghim trên robot.


22

1.2. Xây dng mô hình robot t hành.
Nh trong kt lun phn 1.2 v mc tiêu và nhim v ca lun án, công vic đu
tiên là xây dng mt robot di đng: thit k cu trúc, xây dng phn cng, lp trình
phn mm cho lõi vi x lý, lp trình phn mm trên PC đ giám sát hot đng ca
robot.
1.2.1. Xây dng cu trúc ca h robot t hành
1.2.1.1 Cu trúc tng quan ca h robot t hành bám mc tiêu chuyn đng.
H thng tng quan bao gm có 3 b phn chính [18, 19, 37] Hình 1.7: (1) Máy
tính PC, hình nh thu đc t cm bin hình nh (camera) và các tín hiu phn hi v
trí và tc đ ca robot s đc x lý và tính toán ta đ ca mc tiêu. T đó tính toán
ngc và s dng các phép đi trc đ xác đnh qu đo chuyn đng mu cho bài
toán bám ca robot t hành, (2) Vi x lý ARM là b tính toán các giá tr điu khin tc
đ, v trí và momen (dòng cp) cho c cu chp hành ca robot (là hai đng c đin
mt chiu). u vào ca phn này là tín hiu qu đo đt do máy tính PC gi xung và
các tín hiu phn hi t c cu chp hành. (3) robot t hành là robot hai bánh sau ch
đng, bánh trc t la, thuc dng non-hononomic. c đim là b giá đ camera là
mt h đ xoay hai bc t do Pan/Tilt đc gn có trc tâm thng vi ta đ tâm ca
robot t hành.

Hình 1.7. S đ tng quan ca h thng robot t hành bám mc tiêu di đng


(1) Máy tính PC
(2) Vi x lý ARM

(3) robot t hành

x
q y

 



















 
C cu
chp hành
(DC Motor)
1
a


 









 
robot
t
hành
Thut
toán điu
khi
n bám

qu đo
w
v
 








 
r
r r
r
x
q y

 
 

 
 
 
Xác đnh qu

Lp phng
án chuyn
đng

(
Path
Xác đnh qu

đo
(SLAM)

X lý nh
xác đnh v

trí mc tiêu



e
e e
e
x
q y

 
 

 
 
 


23

1.2.1.2 Cu trúc phn cng robot t hành bám mc tiêu chuyn đng.

Hình 1.8. Cu trúc tng th phn cng khi gn lin b x lý trung tâm trên xe robot

Hình 1.9. Cu trúc tng th phn cng khi tách b x lý trung tâm đt riêng ti trung tâm
điu khin


24

Cu trúc ca h điu khin gm hai phn chính:
- Phn 1: Máy tính PC vi nhim v thu nhn nh và x lý nh da vào chui
hình nh thu đc t camera đ nhn dng và tính toán v trí ca đi tng mc tiêu.
Cung cp d liu v trí này cho mch ch điu khin đt trên robot (công đon này
mang tính cht nh mt cm bin phn hi cho mch ch điu khin robot)
- Phn 2: Là mch ch điu khin đt trên robot, là phn cha các thut toán
điu khin cho hot đng ca robot: da vào thông s v trí đi tng nhn đc t
phn mt trên PC (cm bin hình nh), tính toán tín hiu điu khin robot bám theo
sao cho đi tng di chuyn đc duy trì  mt v trí nht đnh trên mt phng nh và
 mt khong cách nht đnh, hoc giao tip vi đi tng.
1.2.2. Xây dng phn cng cho mch ch điu khin robot:
NCS đã xây dng mt board mch ch điu khin trung tâm và các giao tip
ngoi vi, c th mch ch điu khin có các khi đã đc xây dng nh sau:
- Khi x lý trung tâm: Chíp vi x lý đc s dng cho mch ch điu khin
trung tâm phi có tc đ tính toán cao đ có th x lý các thut toán có đ phc tp,
đng thi có kh nng m đ có th nâng cp sau này, có đ tin cy cao, kh nng
kháng nhiu tt. Vi nhng yêu cu đó, NCS đã la chn lõi vi x lý ARM Cortex M3
LM3S8971 ca Texas Intruments (TI). ây là dòng vi điu khin 32 bit ARM Cortex-
M3, kin trúc Harvard, có kh nng tính toán hiu sut cao phù hp trong các ng
dng vi điu khin nhúng linh hot. Mt s thông s ca lõi LM3S8971:

- Kin trúc đc ti u hóa vi chân linh kin bé cho các ng dng nhúng.
- Tn s hot đng: 50MHz.
- B nh trong: 256Kb flash, và 64 Kb SRAM.
- GPIOs (General Purpose Input/Outputs, vào/ra mc đích chung): 4-38 GPIOs
tùy thuc vào vic cu hình, lp trình điu khin ngt cho GPIOs.
- Bn b Timer GPTM (General Purpose Timer Modules): mi b cung cp 2 b
Timer/Counter 16 bit, và mi b có th đc cu hình đ hot đng đc lp nh: 1 b
Timer đn 32 bit, 1 đng h thi gian thc 32 bit đ nm bt s kin, b điu ch đ
rng xung PWM, đ kích hot chuyn đi tng t-s.
- ADC: 8 kênh đu vào tng t, tc đ ly mu là mt triu mu trong 1 giây,
d dàng cu hình chuyn đi tng t-s.


25

- UART: có th lp trình cho phép tc đ baud-rate lên ti 3.125 Mbps; chun
giao tip không đng b vi các bit: bt đu, dng, tính chn l; cho phép phát hin và
sa li đng truyn.
- PWM: gm 3 khi phát PWM, mi khi gm mt Counter 16 bit, 2 b so sánh
PWM, 1 b phát tín hiu PWM, mt b phát tín hiu bng tn cht, mt b la chn
ngt, kích hot ADC.
- Ngun cp: mch ch điu khin trung tâm đc nuôi bi ngun Acquy 24V,
s dng các IC ngun chuyên dng ca TI UA7812, UA7805, TLV1117-33 cho ra các
đin áp mt chiu +3.3V, 5V, 12V. Ngun cp đc bo v quá đin áp và quá dòng.
- Các đu vào
u vào Counter: mch ch điu khin đc thit k có 08 đu vào đm tc đ
cao có th đm đc xung vuông 0÷5V tn s cc đi 65Kz. u vào đm xung này
s dng cho các cm bin mà tín hiu ra là xung nh encoder phn hi. Kh nng m
rng thêm đu vào đm xung tc đ cao có th lên ti đa là 16.
u vào s: mch ch điu khin đc thit k có 32 đu vào s vi mc tín

hiu chun 24V, vi mc đính đc các tín hiu logic nh công tc hành trình, công tc,
nút bm. Kh nng m rng ca đu vào s loi này ti đa là 48 đu vào s logic.
u vào tng t: mch ch điu khin đc thit k có 08 đu vào tng t
0÷5V và 2 đu vào 0÷10V, 1 đu vào 0÷20mA, 1 đu vào 0÷40mV.
u vào giao tip I2C, UART: mch ch điu khin đc thit k có 08 đu giao
tip I2C hoc UART. Các chun kt ni này giúp giao tip vi gia vi x lý vi các tín
hiu t các cm bin ngoi vi ca robot nh: cm bin siêu âm nh PIR, IR ca Sharp,
cm bin gia tc và đ nghiêng Gyro sensor, ADXL203 và MMA7455…
- Các đu ra:
u ra s: b điu khin có 16 đu ra s kiu rle 24V, dòng ti đa 1A. Dùng
cho các mc đích đóng m các c cu chp hành kiu logic. u ra s có th m rng
ti lên ti đa 48.
u ra xung: đu ra s dng xung PWM, vi biên đ 0÷5V, tn s 0÷100Kz,
u ra xung PWM có th m rng ti đa lên 08.
u ra tng t: tín hiu ra tng t: b điu khin có 04 đu ra tng t 0÷5V;
2 đu ra 0÷10V, dòng ln nht là 1A. Các đu ra này nhm mc đích điu khin các c
cp chp hành kiu nh val lu lng, val khí nén…