Xây dựng hệ thống điều hướng dựa trên bản đồ hóa SLAM cho Robot Mecanum đa hướng trên nền hệ điều hành ROS

Bài viết trình bày về xây dựng phần cứng, mô hình hóa, xây dựng hệ thống bản đồ hóa và định vị đồng thời SLAM cho robot và từ bản đồ thu được từ quá trình SLAM. Thử nghiệm các thuật toán điều hướng chuyển động cho robot trong môi trường phẳng không xác định, sử dụng công cụ lập trình là hệ điều hành cho robot (Robot Operating System - ROS).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xây dựng hệ thống điều hướng dựa trên bản đồ hóa SLAM cho Robot Mecanum đa hướng trên nền hệ điều hành ROS Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) Xây dựng hệ thống điều hướng dựa trên bản đồ hóa SLAM cho Robot Mecanum đa hướng trên nền hệ điều hành ROS Nguyễn Minh Đông1*, Đỗ Quang Hiệp1, Ngô Mạnh Tiến2, Hà Thị Kim Duyên 3, Lê Mạnh Long3, Trần Bá Hiến3 Trường Đại học Kinh tế- Kỹ thuật Công nghiệp. 1 Email: nmdong@uneti.edu.vn, dqhiep@uneti.edu.vn 2 Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Email: nmtien@iop.vast.ac.vn 3 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Email: ha.duyen@haui.edu.vn, lemanhlong@haui.edu.vn, hienbn3333@gmail.com Abstract: Bài báo trình bày về xây dựng phần cứng, mô hình hóa, xây dựng hệ thống bản đồ hóa và định vị đồng thời SLAM cho robot và từ bản đồ thu được từ quá trình I. GIỚI THIỆU SLAM. Thử nghiệm các thuật toán điều hướng chuyển động cho robot trong môi trường phẳng không xác định, Trong công nghiệp Robot tự hành là một lĩnh vực sử dụng công cụ lập trình là hệ điều hành cho robot (Robot thu hút được nhiều sự chú ý của cộng đồng khoa học bởi Operating System - ROS). Từ các thông tin về bản đồ môi vai trò quan trọng của nó trong cuộc sống hàng ngày, trường, vị trí của robot và vật cản (Simultaneous cũng như trong công việc sản xuất và các dây chuyền tự Localization and Mapping - SLAM) để tính toán quỹ đạo cho robot trong hệ thống điều hướng. Hệ thống điều động tại các nhà máy công nghiệp. Ngoài việc tâp trung hướng tính toán quỹ đạo toàn cục sử dụng thuật toán A* vào các thuật toán và phương pháp điều khiển Robot tự và tính toán quỹ đạo cục bộ cho robot có sử dụng thuật hành hoạt động chính xác cao, thời gian thực và hoạt toán TEB. Các kết quả mô phỏng và đặc biệt chạy thử động thích nghi trước những nhiễu bất định của môi nghiệm đã cho thấy tính hiệu quả thực tế của hệ thống trường, thì việc thay đổi cơ cấu chuyển động như sử điều hướng đã xây dựng. dụng nhiều cấu trúc tiên tiến của các bánh xe truyền Keywords: Robot Operating System (ROS), GAZEBO, động đã được nghiên cứu và chế tạo để giúp robot có thể RVIZ, Simultaneous Localization and Mapping (SLAM), di chuyển nhanh nhẹn, linh hoạt hơn. Trong các cơ cấu Mecanum Robot, Navigation. mới đó, robot tự hành sử dụng bánh xe mecanum là một dạng robot đó, bánh meacanum là một loại bánh xe đa Ký hiệu hướng linh hoạt, robot được sử dụng với 4 bánh xe mecanum, mỗi bánh xe có các con lăn đặt lệch góc 45o Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa giúp robot có thể di chuyển cơ động hơn [1,2]. M,G,Q, Trong những năm gần đây, vấn đề điều khiển chuyển Ma trận mô hình và vectơ ξ động của robot đã thu hút đáng kể các nhà nghiên cứu, x,xr, (m,m,ra điều đó dẫn đến sự gia tăng mạnh mẽ các vấn đề tính Trạng thái vector d) toán và yêu cầu tốc độ xử lý phần cứng đáp ứng các v (m/s,m/s nhiệm vụ phức tạp hơn đối với các ứng dụng robot. Với Điều khiển vector ,rad/s) mục đích giải quyết những thách thức này, ROS được wi rad/s Vận tốc động cơ coi là môi trường hiệu quả cho các dự án robot. Đây là r m Bán kính bánh xe một hệ điều hành dựa trên Linux, chịu trách nhiệm đồng hi Vectơ hàng biến đổi bộ hóa các bộ phận của robot với nhau, thu thập dữ liệu H,H’ Ma trận động học thuận và để thiết kế bản đồ định vị, điều hướng. Với các công cụ nghịch đảo mạnh mẽ và thư viện được tích hợp trong ROS, người H1 Ma trận biến đổi dùng có thể thuận tiện triển khai các dự án robot, xây L1, L2 m Khoảng cách hình thức dựng, viết code và chạy chúng trên các máy tính. trung tâm của robot đến Trong điều khiển chuyển động của robot tự hành bao mỗi bánh xe gồm 2 phần chính: hệ thống lập quỹ đạo và hệ thống điều m kg Khối lượng robot khiển bám quỹ đạo. Trong đó việc thiết kế một hệ thống J kg.m2 Mô men quán tính có khả năng cung cấp thông tin về môi trường đã được Fη , Tη N Lực ma sát nhớt và mô-men tập trung nghiên cứu trong [3], [4], [5] và [6]. Các xoắn nghiên cứu này tập trung cho hệ robot ...