Ban mo ta robot tennis

BẢN MÔ TẢ GIẢI PHÁP DỰ THI
A- Tên giải pháp dự thi:
THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN FUZZY LOGIC ĐIỀU HƯỚNG MOBILE
ROBOT BẮN BÓNG TENNIS
B- Mô tả giải pháp dự thi:
I- Thuyết minh về các giải pháp kỹ thuật đã biết:
Robot di động (mobile robot) không còn xa lạ với chúng ta trong thời đại hiện
nay. Nó được ứng dụng hầu hết trong mọi linh vực như: nông nghiệp, thể thao, công
nghiệp, chiến đấu quân sự và chữa cháy....
Các robot được ứng dụng nhiều kỹ thuật để điều khiển, và kỹ thuật logic mờ là
một trong số đó, Fuzzy Logic (logic mờ) có thể được coi là mặt ứng dụng của lý
thuyết tập mờ để xử lý các giá trị trong thế giới thực cho các bài toán phức tạp để
xử lý thông tin từ các cảm biến đơn hoặc đa cảm biến số.
Đối với mobile robot hoạt động trong nhà thì việc tự di chuyển dùng cảm biến
siêu âm để tránh vật cản là chính, ví dụ robot hút bụi, nó chỉ thực hiện thao tác quay
đầu khi có bức tường phía trước, nhưng khi đặt ở một không gian rộng lớn thì nó
chỉ đi theo một đường thẳng
II- Thuyết minh nội dung giải pháp kỹ thuật dự thi:
Chúng tôi thiết kế và triển khai bộ điều khiển theo dõi đường dẫn dựa trên
logic mờ để hỗ trợ điều hướng robot di động trong môi trường sân thi đấu tennis. Bộ
điều khiển đề xuất bao gồm hai giai đoạn. Bộ điều khiển ở giai đoạn đầu được gọi là
“Bộ điều khiển sai số góc định hướng” có vị trí robot song song với hướng di
chuyển và bộ điều khiển ở giai đoạn thứ hai gọi là “Bộ điều khiển sai số lệch
khoảng cách” là hướng bắn bóng vuông góc với hướng di chuyển của robot. Hai bộ
điều khiển được kích hoạt theo trình tự để dẫn hướng cho robot đi theo đường dẫn
cho trước.
Chúng tôi dùng kỹ thuật lựa chọn Pugh để chọn thiết kế cơ cấu bắn của robot
di động bắn bóng tennis hiệu quả nhất. Sau đó, chúng tôi áp dụng hệ thống điều
khiển logic mờ cho robot di động đã phát triển.
Với đặc điểm là robot, nên nó có thể di chuyển trong sân thi đấu để bắn bóng
về phía vận động viên, giúp cho vận động viên tập luyện môn thể thao này. Robot

bắn bóng tennis dùng la bàn để làm tín hiệu đầu vào của bộ dẫn hướng, và sử dụng
encoder để xác định đường đi, lập trình Arduino để xử lý điều khiển, ngoài ưu điểm
mà nó mang lại như: gọn nhẹ, chi phí thấp, sử dụng đơn giản, mà còn thực hiện
được nhiều chức năng như có thể điều khiển từ xa, giao tiếp qua điện thoại thông
minh.


2
III- Tính mới và tính sáng tạo của giải pháp dự thi:
Hệ thống điều khiển là một mô hình robot bắn bóng tennis, trong đó có hai
bánh xe chủ động, một cơ cấu bắn bóng theo thiết kế ở mục trên với hai bánh xe
quay ngược, trên mỗi bánh xe có encoder để điều khiển theo cơ chế vòng hồi tiếp,
một cảm biến la bàn HMC5885 định hướng cho robot, và ma trận bàn phím 4x4.
Nhiệm vụ của robot được thực hiện như sau: đầu tiên người điều khiển chọn
hướng bắn bóng bằng cách nhấn vào bàn phím, sau đó chọn nút RUN cho robot
hoạt động, robot sẽ tự định hướng dựa vào bộ điều khiển logic mờ được thiết kế
gồm hai giai đoạn. Ở giai đoạn đầu “Bộ điều khiển sai số góc định hướng” sẽ định
hướng đi cho robot song song với hướng di chuyển, ở giai đoạn thứ hai “Bộ điều
khiển sai số lệch khoảng cách” sẽ luôn giữ cho robot di chuyển có hướng bắn bóng
vuông góc với hướng di chuyển của robot. Hai bộ điều khiển được kích hoạt theo
trình tự để robot đi theo đường dẫn cho trước nếu có sai lệch thì robot tự điều chỉnh
về vị trí ban đầu.
Trong quá trình robot hoạt động, nó luôn cập nhật hướng bắn, và di chuyển từ
vị trí đặt robot sang phải, sang trái trên khắp mặt sân tennis.

Hình 3.1 Robot hoạt động trên sân tennis
Hướng di
chuyển

y

∆ϴ
Hướng bắn
bóng

x
∆d

Hình 3.2 Quá trình di chuyển trên sân tennis của robot


3
IV- Khả năng áp dụng:
Chúng tôi thiết kế thử nghiệm mô phỏng bằng phần mềm Matlab, và thực
nghiệm thực tế trên sân tennis tại Sở Văn Hóa, Thể Thao và Du Lịch như điều chỉnh
góc bắn, vị trí bắn, tốc độ bắn, robot di chuyển trong khoảng sân, cài đặt trước, kết
quả các thông số đều đạt.
Kết quả mô phỏng trên matlab như sau:
Bộ điều khiển fuzzy logic cotroller (FLC) được thiết kế trong fuzzy logic
Toolbox trong matlab.

Hình 3.4 FLC1 và FLC2 của fuzzy logic Toolbox trong matlab
Kết quả khoảng cách bị lệch so với góc vuông.


4

Hình 3.5: Các luật điều khiển và xử lý giải mờ
(a) Bộ điều khiển sai số góc định hướng (b) Bộ điều khiển sai lệch khoảng cách

Kết quả mô phỏng tầm cao và tầm xa khi bắn bóng tennis

Hình 3.13 Tầm cao thay đổi khi góc alpha thay đổi với CF = 0.6


5

Hình 3.14 Tầm xa thay đổi khi góc alpha thay đổi với CF = 0.6

Hình 3.15 Vận tốc bóng thay đổi khi CF thay đổi

Lắp ráp phần khung


6
Sản phẩm hoàn thiện

Thử nghiệm máy tại xưởng

Thử nghiệm tại sân tennis Sở Văn Hóa, Thể Thao và Du Lịch


7

V- Hiệu quả:
- Về lợi ích kinh tế
Sản phẩm được nghiên cứu chế tạo với các công nghệ sẵn có tại Việt Nam,
nên giá thành sản phẩm tương đối thấp so với các máy hiện nay.
Sử dụng board vi xử lý arduino R2560 lập trình điều khiển cho robot, board
arduino này có sẵn trên thị trường giá thấp, dễ sử dụng

- Lợi ích xã hội
+ Kích thích quá trình tìm tòi, nghiên cứu khoa học của giảng viên, sinh viên,
học sinh của tỉnh nhà, phát huy tối đa tìm năng sang tạo, chế tạo các máy móc, robot
phục vu cho nhu cầu cuộc sống của con người.
+ Giúp cho người chơi tennis có được sản phẩm phục vụ cho việc huấn luyện
chơi tennis, tăng cường kỹ năng của vận động viên.
+ Sản phẩm vẫn còn một số hạn chế, nên nếu bổ sung đầy đủ sẽ là sản phẩm
tốt giúp cho người chơi luyện tập môn thể thao này.
- Mức độ triển khai.
+ Sản phẩm được thử nghiệm tại sân tennis Sở Văn Hóa, Thể Thao và Du
Lịch đã đạt một số tiêu chí nhất định so với các máy bắn bóng trên thị trường các
tiêu chí đạt yêu cầu.
+ Đã thử nghiệm thiết bị tại Trường Cao đẳng nghề được Hội đồng khoa học
trường đánh giá cao.